專利名稱：一種實(shí)時(shí)監(jiān)控nbti效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件可靠性測(cè)試領(lǐng)域，具體是PMOS器件的NBTI效應(yīng)會(huì)在器件界面處產(chǎn)生界面態(tài)度電荷，該方法能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控界面態(tài)產(chǎn)生的變化。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)，隨 著電路的集成度的提高，器件尺寸也逐漸縮小到深亞微米以致納米量級(jí)。同時(shí)，隨著器件特征尺寸縮小，器件性能也在不斷變化發(fā)展。但是，器件特征尺寸的減小也帶來(lái)了各種可靠性問(wèn)題，其中主要包括熱載流子效應(yīng)(HCI)、負(fù)偏壓熱不穩(wěn)定效應(yīng)(NBTI)等。可靠性問(wèn)題主要是由于外加應(yīng)力導(dǎo)致器件內(nèi)Si-SiO2界面以及柵介質(zhì)層中產(chǎn)生一些陷阱，嚴(yán)重影響著小尺寸器件的各種特性。所以，能夠準(zhǔn)確地而即時(shí)地測(cè)量界面態(tài)電荷密度對(duì)于器件可靠性的研究尤為重要。由于在外界應(yīng)力下產(chǎn)生的界面陷阱電荷具有非均勻分布的特點(diǎn)，因此靠傳統(tǒng)的中帶閾值電壓方法、電容(C-V)方法，導(dǎo)納(Conductance)方法，深能級(jí)瞬態(tài)譜(DLTS)和隨機(jī)電報(bào)噪聲(Random Telegraph Noise)很難可靠、準(zhǔn)確地測(cè)量器件在外界應(yīng)力下產(chǎn)生的缺陷。而目前比較廣泛應(yīng)用的測(cè)量界面態(tài)電荷密度的方法主要是電荷泵技術(shù)(ChargePumping)o電荷泵技術(shù)于1969年由J. Stephen. Brugler提出，主要的原理如圖I所示,器件的源漏同時(shí)加一反偏電壓，柵極加一脈沖電壓。當(dāng)給NMOS器件柵極加一正脈沖電壓高于閾值電壓Vth，使表面被深耗盡而進(jìn)入反型狀態(tài)時(shí)，電子將從源漏區(qū)流入溝道，其中一部分會(huì)被界面態(tài)俘獲。當(dāng)柵脈沖電壓值低于平帶電壓Vfb，使器件表面返回積累狀態(tài)時(shí)，溝道中的可動(dòng)電子由于反偏作用又回到源和漏區(qū)。陷落在界面態(tài)中的電子由于具有較長(zhǎng)的退陷時(shí)間常數(shù)，在溝道消失之后仍然陷落在界面態(tài)中，將與來(lái)自襯底的多數(shù)載流子復(fù)合，產(chǎn)生襯底電流Icp0由于Iep電流大小對(duì)界面陷阱非常敏感，它直接正比于界面態(tài)密度、器件柵面積和柵脈沖頻率，所以界面陷阱的變化會(huì)直接反映在I。。上。其中公式I反映了他們之間的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)監(jiān)控NBTI效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測(cè)試方法，針對(duì)PMOS器件的NBT應(yīng)力偏置，其特征在于，PMOS器件的源端、源端和襯底均接地，柵端的直流電壓信號(hào)源變?yōu)槊}沖信號(hào)源，在NBT應(yīng)力階段，柵端脈沖電壓以一定的頻率f在高電平和低電平間來(lái)回波動(dòng)，中斷NBT應(yīng)力，在電荷泵法測(cè)試階段，柵端脈沖信號(hào)的低電壓保持不變，不斷改變高電壓值，通過(guò)公式
2.如權(quán)利要求I所述的測(cè)試方法，其特征在于，在施加NBT應(yīng)力階段，頻率f大于IMHz。
3.如權(quán)利要求I所述的測(cè)試方法，其特征在于，在施加NBT應(yīng)力過(guò)程中，分別在t=10s, 20s, 50s, 100s, 200s, 500s, 1000s, 2000s, 4000s, 6000s 時(shí)中斷 NBT 應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求I所述的測(cè)試方法，其特征在于，電荷泵法測(cè)試階段，柵端脈沖信號(hào)的高電壓大于P型MOS器件的平帶電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)監(jiān)控NBTI效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測(cè)試方法，屬于半導(dǎo)體器件可靠性測(cè)試領(lǐng)域。該方法將NBT應(yīng)力偏置中柵端的直流電壓信號(hào)源變?yōu)槊}沖信號(hào)源，在不同時(shí)間NBT應(yīng)力后，采用電荷泵法測(cè)得襯底電流，即時(shí)監(jiān)控因NBTI效應(yīng)所導(dǎo)致界面態(tài)電荷的增加。本發(fā)明測(cè)試方法相對(duì)于常用的監(jiān)控界面態(tài)電荷變化的測(cè)試方法更具有實(shí)時(shí)性，減少NBTI退化的恢復(fù)量，從而更能有效地評(píng)估NBTI效應(yīng)對(duì)器件特性的影響。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102621473SQ20121010952
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者安霞, 楊東, 黃如, 黃良喜 申請(qǐng)人:北京大學(xué)