一种应用于MOS器件的偏压温度不稳定性的测试方法与流程

本发明涉及半导体器件可靠性的表征和测试技术领域，特别涉及到一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法。

背景技术：

晶体管器件mos作为集成电路的基本组成元器件，衡量mos的可靠性重要指标之一为mos偏压温度不稳定性(bti)，指的是在一定温度条件下，在晶体管栅极施加偏置电压时，电学特性发生阀值电压漂移，随着技术的发展要求栅极长度的不断缩小和氧化层厚度的不断减薄，mos的偏压温度不稳定性(bti)的影响越发显著，已成为器件退化的主要因素之一。因此，对mos器件的偏压温度不稳定性的准确测试具有重要意义。

现有的mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法为在栅极测试电压，然后在栅极增加应力，撤销该应力后再测试栅极的电压，这种测试方法存在的不足在于栅极应力撤销后恢复效应对测量结果的产生较大影响，使得偏压温度不稳定性的测试不准确。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的偏压温度不稳定性测试不准确的技术问题，提供一种新的mos器件的偏压温度不稳定的测试方法，该技术方法具有测试准确的技术特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法，包括以下步骤：

a.将待测mos器件放置于测试环境中，设置栅极电压进行扫描，扫描得到所述待测mos器件的原始转移特性曲线，调整栅极电压，根据所述原始转移特征曲线确定所述待测mos器件处于正常工作状态，测得所述待测mos器件的栅极的阀值电压vth以及对应的漏极电流id0；

b.在所述待测mos器件的源极和漏极之间设置感应电压vds，测试漏极电流id；

c.设置所述栅极电压的相邻扫描间隙时间δt；

d.在所述栅极施加感应电压,测试所述漏极电流id的时间为t1,计算时间t1所需要的扫描点的个数n1：n1＝t1/δt；记录n1个扫描点对应的漏极电流id1；

e.在所述栅极施加应力电压，施加所述应力电压的时间为t2，计算出时间t2所需要的扫描点的个数n2：n2＝t2/δt，记录n2个扫描点对应的漏极电流id2；

f.撤销施加在栅极的应力电压，在所述栅极施加感应电压，所述感应电压与步骤d中的感应电压的值相同；测试所述栅极的恢复时间为t3，计算出时间t3所需要的扫描点的个数n3，n3＝t3/δt，记录n3个扫描点对应的漏极电流id3；

g.重复步骤d～步骤f，定义id3中与id0相等的值为idsmeasure，idsmeasure值为id3中的最小电流值，定义与idsmeasure相对应的感应电压的值即为在栅极撤销应力电压后的阀值电压vths；

h.计算出阀值偏移量δvth＝vths–vth。

通过该方法可以将mos器件在应力结束后的漏端电流的衰退及时表征出来，另外采用循环的方式在施加应力之后的栅极上施加一系列的栅极感应电压，记录下对应的漏极电流id3，获取与初始测得的阀值电压vth相对应的漏极电流id0相等的值，与此漏极电流id3相对应的栅极电压就是器件经过应力电压后的阀值退化电压vths，从而可以得到阀值电压的偏移量δvth,此方法避免了mos器件在撤去应力之后的恢复效应对阀值电压偏移量δvth的影响，更加准确的表征应力对mos器件的影响。

进一步的：所述应力电压为小于mos器件的击穿电压，所述应力电压取0.5v、1.0v、1.2v及1.3v中任一值。

进一步的：所述感应电压为0.2v、0.3v及0.4v中任一值。

进一步的：所述待测mos器件的衬底和源端均接地。

本发明的有益效果：

效果一，该方法将mos器件在应力结束后，偏压温度不稳定性的效应影响通过测试漏极电流的衰退来表征，通过多个扫描点监控漏极电流的变化，将衰退过程准确地及时地表征出来，更加直观地精准地测试mos器件的应力影响；采用循环的方式在施加应力之后的栅极上施加一系列的栅极的感应电压，分别记录下对应的应力后的漏极电流，找到与初始漏极电流相等的值，与该应力后的漏极电流相对应的栅极的感应电压即为器件经过应力电压后的阀值退化电压，从而可以得到阀值电压的偏移量δvth，这种循环测试方法能够更为准确地获取应力后的阀值电压，更加准确地反应施加应力电压对mos器件造成的影响，有助于分析偏压温度不稳定性效应的内在产生机制。

效果二，通过设置施加应力电压前的测试时间，确保mos器件处于正常工作状态，通过监控多个扫描点的漏极电流，每个扫描点反馈一次漏极电流，可以准确监控到施加应力电压瞬间的漏极电流的变化情况；通过设置施加应力电压时间，监控mos器件处于应力电压阶段，通过监控多个扫描点的漏极电流，每个扫描点反馈一次漏极电流，可以准确监控到施加应力电压瞬间以及撤销应力瞬间漏极电流的变化情况；通过设置恢复时间的长短，多个扫描点数的监控漏极电流，每个扫描点反馈一次漏极电流，可以进一步通过该漏极电流来直观mos器件的恢复过程，有助于恢复过程的分析，且能够准确的获取到最小漏极电流值。

效果三，感应电压远小于应力电压，使得施加在栅极上的应力较为明显，撤退后的测试漏极电流的值更容易观察变化情况。

附图说明

图1，为一个循环的电压电流变换波形图。

图2，为本发明的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法，包括以下步骤：

1.将待测mos器件放置于测试环境中，栅极电压从-1v到1v进行扫描，扫描得到所述待测mos器件的原始转移特性曲线，调整栅极电压，根据所述原始转移特征曲线确定所述待测mos器件处于正常工作状态，测得所述待测mos器件的栅极的阀值电压vth以及对应的漏极电流id0；

2.根据器件的电学特性在所述待测mos器件的源极和漏极之间设置感应电压vds，测试漏极电流id；在本实施例中vds＝0.05v；

3.设置该mos器件的衬底和源端均接地；

4.设置栅极电压的相邻扫描间隙时间δt，在本实施例中δt＝1μs；

5.在所述栅极施加感应电压,测试所述漏极电流id的时间为t1,计算时间t1所需要的扫描点的个数n1：n1＝t1/δt；记录n1个扫描点对应的漏极电流id1；

6.在所述栅极施加应力电压，该应力电压应小于mos器件的击穿电压，该应力电压为0.5v；施加所述应力电压的时间为t2，计算出时间t2所需要的扫描点的个数n2：n2＝t2/δt，记录n2个扫描点对应的漏极电流id2；

7.撤销施加在栅极的应力电压，在所述栅极施加感应电压，所述感应电压与步骤5中的感应电压的值相同；测试所述栅极的恢复时间为t3，计算出时间t3所需要的扫描点的个数n3，n3＝t3/δt，记录n3个扫描点对应的漏极电流id3；

8.重复步骤5～步骤7，定义id3中与id0相等的值为idsmeasure，idsmeasure值为id3中的最小电流值，定义与idsmeasure相对应的感应电压的值即为在栅极撤销应力电压后的阀值电压vths；

9.计算出阀值偏移量δvth＝vths–vth。

该阀值偏移量越大，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越大，该mos器件的电学特性退化越大；该阀值偏移量越小，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越小，该mos器件的电学特性退化越小。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例提供一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法，包括以下步骤：

1.将待测mos器件放置于测试环境中，栅极电压从-1v到1v进行扫描，扫描得到所述待测mos器件的原始转移特性曲线，调整栅极电压，根据所述原始转移特征曲线确定所述待测mos器件处于正常工作状态，测得所述待测mos器件的栅极的阀值电压vth以及对应的漏极电流id0；

2.根据器件的电学特性在所述待测mos器件的源极和漏极之间设置感应电压vds，测试漏极电流id；在本实施例中vds＝0.05v；

3.设置该mos器件的衬底和源端均接地；

4.设置栅极电压的相邻扫描间隙时间δt，在本实施例中δt＝1ms；

5.在所述栅极施加感应电压,该感应电压＝0.3v，测试所述漏极电流id的时间为t1,计算时间t1所需要的扫描点的个数n1：n1＝t1/δt；

6.在所述栅极施加应力电压，该应力电压应小于mos器件的击穿电压，该应力电压为1.0v；施加所述应力电压的时间为t2，计算出时间t2所需要的扫描点的个数n2：n2＝t2/δt，记录n2个扫描点对应的漏极电流id2；

7.撤销施加在栅极的应力电压，在所述栅极施加感应电压，所述感应电压与步骤5中的感应电压的值相同；测试所述栅极的恢复时间为t3，计算出时间t3所需要的扫描点的个数n3，n3＝t3/δt，记录n3个扫描点对应的漏极电流id3；

8.重复步骤5～步骤7，定义id3中与id0相等的值为idsmeasure，idsmeasure值为id3中的最小电流值，定义与idsmeasure相对应的感应电压的值即为在栅极撤销应力电压后的阀值电压vths；

9.计算出阀值偏移量δvth＝vths–vth。

该阀值偏移量越大，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越大，该mos器件的电学特性退化越大；该阀值偏移量越小，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越小，该mos器件的电学特性退化越小。

实施例3：

如图1和图2所示，本实施例提供一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法，包括以下步骤：

1.将待测mos器件放置于测试环境中，栅极电压从-1v到1v进行扫描，扫描得到所述待测mos器件的原始转移特性曲线，调整栅极电压，根据所述原始转移特征曲线确定所述待测mos器件处于正常工作状态，测得所述待测mos器件的栅极的阀值电压vth以及对应的漏极电流id0；

2.根据器件的电学特性在所述待测mos器件的源极和漏极之间设置感应电压vds，测试漏极电流id；本实施例中vds＝0.05v；

3.该mos器件的衬底和源端均接地；

4.设置栅极电压的相邻扫描间隙时间δt，在本实施例中δt＝1μs；

5.在所述栅极施加感应电压,该感应电压＝0.4v，测试所述漏极电流id的时间为t1,计算时间t1所需要的扫描点的个数n1：n1＝t1/δt；

6.在所述栅极施加应力电压，该应力电压应小于mos器件的击穿电压，该应力电压为1.2v；施加所述应力电压的时间为t2，计算出时间t2所需要的扫描点的个数n2：n2＝t2/δt，记录n2个扫描点对应的漏极电流id2；

7.撤销施加在栅极的应力电压，在所述栅极施加感应电压，所述感应电压与步骤5中的感应电压的值相同；测试所述栅极的恢复时间为t3，计算出时间t3所需要的扫描点的个数n3，n3＝t3/δt，记录n3个扫描点对应的漏极电流id3；

8.重复步骤5～步骤7，定义id3中与id0相等的值为idsmeasure，idsmeasure值为id3中的最小电流值，定义与idsmeasure相对应的感应电压的值即为在栅极撤销应力电压后的阀值电压vths；

9.计算出阀值偏移量δvth＝vths–vth。

实施例4：

如图1和图2所示，本实施例提供一种应用于mos器件的偏压温度不稳定性的测试方法，包括以下步骤：

1.将待测的mos器件放置于测试环境中，设置栅极电压从-1v到1v进行扫描，扫描得到mos器件的原始转移特性曲线，确定该mos器件处于正常工作状态，测得该mos器件的栅极的阀值电压vth以及对应的漏极电流id0；

2.根据器件的电学特性设置源极和漏极之间的感应电压vds，测试漏极电流id；在本实施例中vds＝0.05v；

3.设置该mos器件的衬底和源端接地；

4.设置栅极电压列表上扫描电压的相邻扫描间隙时间δt，在本实施例中δt＝1μs；

5.在所述栅极施加感应电压,该感应电压＝0.4v，测试所述漏极电流id的时间为t1,计算时间t1所需要的扫描点的个数n1：n1＝t1/δt；

6.在所述栅极施加应力电压，该应力电压应小于mos器件的击穿电压，该应力电压为1.3v；施加所述应力电压的时间为t2，计算出时间t2所需要的扫描点的个数n2：n2＝t2/δt，记录n2个扫描点对应的漏极电流id2；

7.撤销施加在栅极的应力电压，在所述栅极施加感应电压，所述感应电压与步骤5中的感应电压的值相同；测试所述栅极的恢复时间为t3，计算出时间t3所需要的扫描点的个数n3，n3＝t3/δt，记录n3个扫描点对应的漏极电流id3；

8.重复步骤5～步骤7，定义id3中与id0相等的值为idsmeasure，idsmeasure值为id3中的最小电流值，定义与idsmeasure相对应的感应电压的值即为在栅极撤销应力电压后的阀值电压vths；

9.计算出阀值偏移量δvth＝vths–vth。

该阀值偏移量越大，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越大，该mos器件的电学特性退化越大；该阀值偏移量越小，说明在栅极撤销应力电压后对mos器件的特性影响越小，该mos器件的电学特性退化越小。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。