[發明專利]測試MOS器件溫度特性的結構及方法

有效

• 申請號: 201210342022.7
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102841300A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 何燕冬;張鋼剛;劉曉彥;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種測試金屬氧化物半導體（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）器件溫度特性的結構及方法。

背景技術

隨著半導體技術的飛速發展和微電子芯片集成度的大幅提高，集成電路設計和加工水平已經進入納米MOS時代，雖然單位器件的成本有所降低，但是針對先進工藝技術的流片成本大幅升高，因此測試結構所占用的面積受到制造成本的影響更加顯著。隨著集成電路技術的發展，在納米尺度器件的速度得到很大提升的同時，器件功耗也急劇增加，因此針對納米器件的溫度特性的測試十分必要。

常規的對MOS器件溫度特性的測試方法是通過整個硅片底盤加熱的方式進行測試，該方法需要溫度可控的加熱硅片底盤設備，在不同溫度下測試MOS器件結構的電流特性。如圖1所示，為一個包括源極、柵極、漏極和襯底的四端MOS器件結構，通過整個硅片底盤加熱的方式在所需的溫度下來測量，如圖2所示。通過外置溫控系統對整個硅片進行溫度控制，在不同溫度下得到MOS器件的漏極電流隨溫度的變化而變化，變化關系如圖3所示，當溫度增加時，MOS器件的漏極電流隨溫度的變化規律與器件的電壓相關，即在柵極的低電壓區，漏極電流隨溫度的升高而升高；在柵電壓較高的飽和區，漏極電流隨溫度的升高而降低。然而，利用外置溫控系統對整個硅片進行溫度控制，因為加熱的面積較大，因此升溫過程通常需要數分鐘，而且對于不需要測試的器件也會一并加熱，影響了溫度特性測試的效率。

發明內容

（一）解決的技術問題

本發明解決的是MOS器件溫度特性測試時間長、效率低的問題。

（二）技術方案

一種測試MOS器件溫度特性的結構，所述結構包括：加熱結構、待測試的MOS器件和PN結，所述加熱結構為一側有開口的框型電阻結構，所述MOS器件和所述PN結位于所述加熱結構內部。

優選地，所述MOS器件的襯底和源極、所述PN結的N端以及加熱結構的一端共接低電位，所述加熱結構的另一端接高電位。

優選地，所述PN結用于進行溫度校準。

一種測試MOS器件溫度特性的方法，包括：

A：利用PN結和外部溫控進行第一溫度校準，測量在不同溫度下PN結的電流，得到PN結第一電流與外部溫控溫度的第一關系；

B：利用PN結和加熱結構進行第二溫度校準，通過改變施加在加熱結構兩端的電流或電壓，同時測量所述PN結的電流，得到PN結第二電流和加熱結構兩端的電流或電壓的第二關系；

C：當PN結第一電流和第二電流一致時，根據第一關系和第二關系，得到加熱結構電流或電壓與外部溫控溫度的第三關系；

D：在MOS器件的柵極、漏極、襯底和源極端加上固定電壓，并對加熱結構兩端的電流或電壓進行線性改變，同時對MOS器件的漏極端電流進行測量，根據加熱結構兩端的電流或電壓與外部溫控溫度的第三關系得到MOS器件溫度特性。

優選地，通過改變MOS器件柵極上的電壓，得到MOS器件不同狀態下的溫度特性。

（三）有益效果

本發明提出的測試MOS器件溫度特性的結構及方法，通過利用加熱結構快速升溫的特點，對MOS器件的局部進行加熱，使得升溫效果顯著加快；只在進行一次溫度校準后，通過改變施加在加熱結構兩端的電流或者電壓，使得MOS器件的溫度特性的測試一次性就能夠完成，提高了溫度特性測試的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明背景技術中提出的傳統MOS器件測試結構示意圖；

圖2是本發明背景技術中提出的傳統MOS器件溫度特性測試外部溫控的結構示意圖；

圖3是本發明背景技術中提出的MOS器件的漏電流隨溫度變化的結果示意圖；

圖4是本發明實施例提出的測試MOS器件溫度特性的流程圖；

圖5是本發明實施例提出的測試MOS器件溫度特性的測試結構示意圖；

圖6是本發明實施例提出的MOS器件溫度特性測試結果示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。