[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)監(jiān)控NBTI效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210109526.4
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102621473A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安霞;楊東;黃良喜;黃如
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件可靠性測試領(lǐng)域，具體是PMOS器件的NBTI效應(yīng)會在器件界面處產(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，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。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了各種可靠性問題，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)地測量界面態(tài)電荷密度對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)用的測量界面態(tài)電荷密度的方法主要是電荷泵技術(shù)(Charge?Pumping)。

電荷泵技術(shù)于1969年由J.Stephen.Brugler提出，主要的原理如圖1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V_th，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，其中一部分會被界面態(tài)俘獲。當(dāng)柵脈沖電壓值低于平帶電壓V_fb，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，將與來自襯底的多數(shù)載流子復(fù)合，產(chǎn)生襯底電流I_cp。由于I_cp電流大小對界面陷阱非常敏感，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直接反映在I_cp上。其中公式1反映了他們之間的關(guān)系

Nit‾=Icpq×Area×f]]>(公式1)

為平均界面態(tài)密度，q是基本電荷量，Area是柵面積，f是脈沖頻率。

直流NBTI效應(yīng)偏置條件為在柵端接一直流應(yīng)力電壓，其余各端(源端、源端和襯底)均接地，同時(shí)施加高溫。而在電荷泵測試過程中，柵端接一脈沖信號，其余各端(源端、源端和襯底)均接地。然而在一般的半導(dǎo)體測試儀中，直流信號和脈沖信號產(chǎn)生模塊不同，在施加NBT(Negative?Bias?Temperature)應(yīng)力后需要更換信號源模塊才能進(jìn)行電荷泵電流測量，因此會造成一定的NBTI退化恢復(fù)，導(dǎo)致NBTI退化機(jī)理分析不準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于利用電荷泵測試法提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)控NBTI效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測試方法。

本發(fā)明將施加NBT應(yīng)力過程和電荷泵測試過程統(tǒng)一到一個(gè)測試模塊中，減少NBTI退化的恢復(fù)。本發(fā)明PMOS器件的源端、源端和襯底均接地，將柵端的直流電壓信號源變?yōu)槊}沖信號源，即：

V_stress1＝V_stress2-ΔVg????(公式2)

其中|ΔVg|＜＜|V_stress1|≈|V_stress2|，V_stress1和V_stress2分別為柵端脈沖低電平和高電平。

本發(fā)明提供的實(shí)時(shí)監(jiān)控NBTI效應(yīng)界面態(tài)產(chǎn)生的測試方法，如圖2所示，在施加NBT應(yīng)力過程中，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回波動(dòng)，其中頻率f需要足夠大，一般大于1MHz。