热载流子测试电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种热载流子测试电路，包括功率开关管以及n个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对PMOS晶体管和NMOS晶体管，PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述NMOS晶体管的源极接地，PMOS晶体管的栅极连接NMOS晶体管的栅极，作为所述反相器的输入端，PMOS晶体管的漏极连接NMOS晶体管的漏极，作为所述反相器的输出端。该热载流子测试电路中，所述开关信号为低电平时，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；所述开关信号为高电平时，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异，从而可以通过所述反相器之间阈值电压的变化差异，测量器件热载流子的变化。
【专利说明】热载流子测试电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及集成电路可靠性测试领域，特别是涉及一种热载流子测试电路。【背景技术】
[0002]对超大规模集成电路制造产业而言，随着MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)装置尺寸的不断减小，半导体制作工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展，此时，半导体器件可靠性越来越直接影响着制作的IC芯片的性能和使用寿命。但是，由于MOS器件尺寸等比例缩小时，器件工作电压并没有相应等比例减少，所以，相应的器件内部的电场强度随器件尺寸的减小反而增强。因此，在小尺寸器件中，电路的横向尺寸越来越小，导致沟道长度减小，即使是较小的源漏电压也会在漏端附近形成很高的电场强度，由于该横向电场作用，在漏端的强场区，沟道电子获很大的漂移速度和能量，成为热载流子。在深亚微米工艺中，随着MOS器件尺寸的日益缩小，MOS器件的热载流子注入(HCI)效应越来越严重，其引起的器件性能的退化是影响MOS器件可靠性的重要因素之一。因此，HCI测试已成为MOS器件可靠性测试的主要测试项目之一。
[0003]现有技术中，热载流子的计算方法是在直流信号下进行的，其具体过程可简要概述为:将待测器件的栅和漏端分别加载一个高于工作电压的直流信号，并每隔一段时间测量该器件的电性能，如饱和漏电流Idsat、阈值电压Vt等，计算其退化量，计算该半导体MOS器件的电性能退化量，从而得到该器件的热载流子退化性能，作为半导体MOS器件可靠性的计算标准。
[0004]但是，由于半导体MOS器件在实际工作中是处于交流电压信号状态下，而在用热载流子退化性能计算期可靠性时，却是基于直流信号的计算方法，因此导性获得计算结果并不能准确的反应半导体MOS器件的可靠性。另外，如果在计算时，直接在半导体MOS器件上加载与实际情况相符的交流电压信号，则会造成交流频率过快，电性能退化量太小而无法测出的情况。
[0005]因此，如何提供一种热载流子测试电路，已成为本领域技术人员需要解决的问题。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于，提供一种热载流子测试电路，该热载流子测试电路的敏
感度高。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种热载流子测试电路，包括功率开关管以及η个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对互补的PMOS晶体管和NMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述PMOS晶体管的栅极连接所述NMOS晶体管的栅极，作为所述反相器的输入端，所述PMOS晶体管的漏极连接所述NMOS晶体管的漏极，作为所述反相器的输出端，所述NMOS晶体管的源极接地，η为大于等于2的整数；
[0008]可选的，所述开关信号为高电平或低电平；所述开关信号为低电平时，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；所述开关信号为高电平时，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异。
[0009]可选的，在每一所述反相器中，输入端与输出端相连。
[0010]可选的，所述开关信号为低电平时，其中一个反相器的输入端空接，其余的所述反相器的输入端分别连接压力电压；所述开关信号为高电平时，分别测量所述一个反相器的输入端与所述其余的反相器的输入端之间的电压差异。
[0011]可选的，所述开关信号为低电平时，其余的所述反相器的输入端所连接的压力电压的电压值各不相同。
[0012]可选的，所述的热载流子测试电路包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端连接所述第一反相器的输出端后，再连接所述第二反相器的输入端。
[0013]可选的，所述开关信号为低电平时，所述第一反相器的输入端连接压力电压，所述第二反相器的输出端空接；所述开关信号为高电平时，分别测量所述第一反相器的输入端与所述第二反相器的输出端之间的电压差异。
[0014]与现有技术相比，本实用新型提供的热载流子测试电路具有以下优点:
[0015]本实用新型提供的热载流子测试电路，包括功率开关管以及η个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对互补的PMOS晶体管和NMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述NMOS晶体管的源极接地，所述PMOS晶体管的栅极连接所述NMOS晶体管的栅极，作为所述反相器的输入端，所述PMOS晶体管的漏极连接所述NMOS晶体管的漏极，作为所述反相器的输出端，与现有技术相比，所述热载流子测试电路在压力状态下，所述开关信号为低电平，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；在测试状态下，所述开关信号为高电平，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异，从而可以通过所述反相器之间阈值电压的变化差异，测量器件热载流子的变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型第一实施例中热载流子测试电路的示意图；
[0017]图2为本实用新型第一实施例中热载流子测试电路在压力状态下的示意图；
[0018]图3为本实用新型第一实施例中热载流子测试电路在测试状态下的示意图；
[0019]图4为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路的示意图；
[0020]图5为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路在压力状态下的示意图；
[0021]图6为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路在测试状态下的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合示意图对本实用新型的热载流子测试电路进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
[0023]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0024]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0025]本实用新型的核心思想在于，提供一种热载流子测试电路，包括功率开关管以及η个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对互补的PMOS晶体管和NMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述NMOS晶体管的源极接地，所述PMOS晶体管的栅极连接所述NMOS晶体管的栅极，作为所述反相器的输入端，所述PMOS晶体管的漏极连接所述NMOS晶体管的漏极，作为所述反相器的输出端，所述热载流子测试电路在压力状态下，所述开关信号为低电平，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；在测试状态下，所述开关信号为高电平，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异，从而可以通过所述反相器之间阈值电压的变化差异，测量器件热载流子的变化。
[0026]以下列举所述热载流子测试电路的几个实施例，以清楚说明本实用新型的内容，应当明确的是，本实用新型的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本实用新型的思想范围之内。
[0027]【第一实施例】
[0028]以下请参考图1-图3，具体说明本第一实施例的热载流子测试电路，其中，图1为本实用新型第一实施例中热 载流子测试电路的示意图，图2为本实用新型第一实施例中热载流子测试电路在压力状态下的示意图，图3为本实用新型第一实施例中热载流子测试电路在测试状态下的示意图。
[0029]如图1所示，所述热载流子测试电路I包括功率开关管M以及η个反相器INVl、INV2、...1NVn，其中，所述功率开关管M的漏极连接工作电压Vdd，所述功率开关管M的栅极连接开关信号W，每一所述反相器包括一对互补的PMOS晶体管和NMOS晶体管，可以通过所述反相器之间阈值电压的变化差异，测量器件热载流子的变化。
[0030]以反相器INVl为例，所述反相器INVl包括一对互补的PMOS晶体管Pl和NMOS晶体管NI，所述PMOS晶体管Pl的源极连接所述功率开关管M的源极，所述NMOS晶体管NI的源极接地，所述PMOS晶体管Pl的栅极连接所述NMOS晶体管NI的栅极，作为所述反相器INVl的输入端IN1，所述PMOS晶体管Pl的漏极连接所述NMOS晶体管NI的漏极，作为所述反相器INVl的输出端OUTl ;同理，所述反相器INV2包括一对互补的PMOS晶体管P2和NMOS晶体管N2，所述PMOS晶体管P2的源极连接所述功率开关管M的源极，所述NMOS晶体管N2的源极接地，所述PMOS晶体管P2的栅极连接所述NMOS晶体管N2的栅极，作为所述反相器INV2的输入端IN2，所述PMOS晶体管P2的漏极连接所述NMOS晶体管N2的漏极，作为所述反相器INV2的输出端0UT2 ;所述反相器INVn包括一对互补的PMOS晶体管Pn和NMOS晶体管Nn，所述PMOS晶体管Pn的源极连接所述功率开关管M的源极，所述NMOS晶体管Nn的源极接地，所述PMOS晶体管Pn的栅极连接所述NMOS晶体管Nn的栅极，作为所述反相器INVn的输入端IN3，所述PMOS晶体管Pn的漏极连接所述NMOS晶体管Nn的漏极，作为所述反相器INVn的输出端0UT3。其中，η为大于等于2的整数，η可以取值为2、3、5、10
坐坐寸寸O
[0031]较佳的，在本实施例中，在每一所述反相器INV1、INV2、...1NVn中，所述反相器的输入端连接所述反相器的输出端，如图1所示。例如，所述反相器INVl的输入端INl连接输出端0UT1，所述反相器INV2的输入端ΙΝ2连接输出端0UT2，...所述反相器INVn的输入端INn连接输出端OUTn，有利于提高所述反相器之间阈值电压的变化差异，从而提高所述热载流子测试电路I的测量的敏感度。
[0032]在本实施例中，在压力状态下，如图2所示，所述开关信号VM为低电平0，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压。例如，所述反相器INVl空接，所述反相器INV2输入压力电压V2_stress,...,所述反相器INVn输入压力电压Vn_stress,较佳的，压力电压V2_stress至压力电压Vn_stress的电压值各不相同，有利于同时测量多个电压值下的热载流子效应。 [0033]此时,所述功率开关管M的沟道无电压，所述PMOS晶体管P1、所述PMOS晶体管P2、...所述PMOS晶体管Pn的沟道无电压，所述NMOS晶体管NI的沟道无电压，所述NMOS晶体管N2的沟道因压力电压V2_stress而具有电压，...所述NMOS晶体管Nn的沟道因压力电压 Vn_stress。
[0034]在测试状态，如图3所示，所述开关信号VM为高电平I，测量所述反相器INVl的输出端OUTl的电压V1、所述反相器INV2的输出端0UT2的电压V2、...所述反相器INVn的输出端OUTn的电压Vn，从而可以判断所述反相器INVl的阈值电压与所述反相器INV2的阈值电压一所述反相器INVn的阈值电压的差值，从而判断所述NMOS晶体管N2—所述NMOS晶体管Nn分别在压力电压V2_stress—压力电压Vn_stress下的热载流子的变化。
[0035]【第二实施例】
[0036]以下请参考图4-图6，具体说明本第二实施例的热载流子测试电路，其中，图4为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路的示意图，图5为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路在压力状态下的示意图，图6为本实用新型第二实施例中热载流子测试电路在测试状态下的示意图。第二实施例在第一实施例的基础上，区别在于，在本实施例中，如图4所示，所述的热载流子测试电路2包括第一反相器INVl和第二反相器INV2，所述第一反相器INVl的输入端INl连接所述第一反相器INVl的输出端OUTl后，再连接所述第二反相器INV2的输入端IN2，有利于提高测试的敏感度。
[0037]在本实施例中，在所述压力状态，如图5所示，所述第一反相器INVl的输入端INl连接所述压力电压Vl_stress，所述第二反相器INV2的输出端0UT2空接，此时，所述功率开关管M的沟道无电压，所述PMOS晶体管P1、所述PMOS晶体管P的沟道无电压，所述NMOS晶体管N2的沟道无电压，所述NMOS晶体管NI的沟道因压力电压Vl_stress而具有电压。
[0038]在测试状态，如图6所示，测量所述第一反相器INVl的输入端INl的电压VI，并测量所述第二反相器INV2的输出端0UT2的电压V2，电压Vl与电压V2之间的电压差异表示为所述NMOS晶体管NI与所述NMOS晶体管N2的与之电压之差，从而判断所述NMOS晶体管NI在压力电压Vl_stress下的热载流子的变化。
[0039]综上所述，本实用新型提供一种热载流子测试电路，包括功率开关管以及η个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对互补的PMOS晶体管和NMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述NMOS晶体管的源极接地，所述PMOS晶体管的栅极连接所述NMOS晶体管的栅极，作为所述反相器的输入端，所述PMOS晶体管的漏极连接所述NMOS晶体管的漏极，作为所述反相器的输出端，与现有技术相比，所述热载流子测试电路在压力状态下，所述开关信号为低电平，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；在测试状态下，所述开关信号为高电平，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异，从而可以通过所述反相器之间阈值电压的变化差异，测量器件热载流子的变化。
[0040]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种热载流子测试电路，其特征在于，包括功率开关管以及η个反相器，所述功率开关管的漏极连接工作电压，所述功率开关管的栅极连接开关信号，每一所述反相器包括一对PMOS晶体管和NMOS晶体管，所述PMOS晶体管的源极连接所述功率开关管的源极，所述PMOS晶体管的栅极连接所述NMOS晶体管的栅极，所述PMOS晶体管的漏极连接所述NMOS晶体管的漏极，所述NMOS晶体管的源极接地，η为大于等于2的整数。
2.如权利要求1所述的热载流子测试电路，其特征在于，所述开关信号为高电平或低电平；所述开关信号为低电平时，至少一所述反相器空接，至少另一所述反相器连接压力电压；所述开关信号为高电平时，测量所述一反相器与所述另一反相器之间的电压差异。
3.如权利要求1所述的热载流子测试电路，其特征在于，在每一所述反相器中，输入端与输出端相连。
4.如权利要求3所述的热载流子测试电路，其特征在于，所述开关信号为低电平时，其中一个反相器的输入端空接，其余的所述反相器的输入端分别连接压力电压；所述开关信号为高电平时，分别测量所述一个反相器的输入端与所述其余的反相器的输入端之间的电压差异。
5.如权利要求4所述的热载流子测试电路，其特征在于，所述开关信号为低电平时，其余的所述反相器的输入端所连接的压力电压的电压值各不相同。
6.如权利要求1所述的热载流子测试电路，其特征在于，所述的热载流子测试电路包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端连接所述第一反相器的输出端后，再连接所述第二反相器的输入端。
7.如权利要求6所述的热载流子测试电路，其特征在于，所述开关信号为低电平时，所述第一反相器的输入端连接压力电压，所述第二反相器的输出端空接；所述开关信号为高电平时，分别测量所述第一反相器的输入端与所述第二反相器的输出端之间的电压差异。
【文档编号】G01R31/26GK203811768SQ201420234965
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】甘正浩 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司