一种偏压温度不稳定性测试结构及测试方法技术

本发明专利技术公开了一种偏压温度不稳定性测试结构，包括奇数个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中，每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区均通过焊盘引出。本发明专利技术还提供了一种利用上述测试结构的偏压温度不稳定性测试方法，能够准确地测量出每个待测器件的偏压温度不稳定性。

Bias temperature instability test structure and test method

The invention discloses a bias temperature instability test structure, including the odd series inverter, wherein each inverter includes a PMOS tube and a NMOS tube, wherein, each gate, the PMOS tube and the NMOS tube of the source electrode and the drain electrode and the body region are drawn through the pads. The invention also provides a bias temperature instability test method using the test structure, which can accurately measure the bias temperature instability of each device under test.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体测试领域，特别涉及一种偏压温度不稳定性测试结构及测试方法。
技术介绍
在现代集成电路的设计和制造中，MOS器件具有非常重要的地位，与MOS器件退化有关的可靠性问题也备受关注，其中偏压温度不稳定性(BiasTemperatureInstability：BIT)效应是影响MOS器件可靠性的重要因素。BTI效应包括负偏压温度不稳定性效应和正偏压温度不稳定性效应，分别指在温度应力下对器件施加负或正偏压应力所引发的一系列退化现象。对于MOS器件来说，PMOS管的NBTI效应和NMOS管的PBTI效应都是影响器件可靠性的重要原因。现行的偏压温度不稳定性测试中，只在单一器件的栅极和漏极施加直流电压，量测时使漏极和栅极电压等于工作电压，量测漏极电流的变化率。然而，这种方法只能反映器件直流电压条件下的退化情况，计算直流电压条件下的工作寿命，即最差工作寿命，并不能真实反映在实际电路中器件的退化情况。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够反映任意器件实际退化情况的偏压温度不稳定性测试装置及测试方法。为达成上述目的，本专利技术提供一种偏压温度不稳定性测试结构，包括N个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中，每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区均通过焊盘引出，N为大于1的奇数。优选地，第一个反相器的输入端和最后一个反相器的输出端相连。优选地，第i个反相器的PMOS管和NMOS管的漏极与第i+1个反相器的PMOS管和NMOS管的栅极由同一个焊盘引出，其中i为大于等于1且小于等于N-1的正整数。优选地，包括以下步骤：提供一种偏压温度不稳定性测试结构，其包括奇数个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区均通过焊盘引出；通过所述焊盘向第一个反相器中PMOS管或NMOS管的栅极施加应力电压，向每一所述反相器中PMOS管的源极和体区施加高电平，同时向每一所述反相器中NMOS管的源极和体区施加低电平；停止施加所述应力电压、高电平和低电平，通过所述焊盘向任意一个所述反相器中的PMOS管或NMOS管的栅极施加工作电压、源极和体区施加接地电平，同时通过所述焊盘测量所述PMOS管或NMOS管的漏极饱和电流。优选地，第一个反相器的输入端和最后一个反相器的输出端相连。优选地，相连的两个所述反相器中，前一个反相器的PMOS管和NMOS管的漏极与后一个反相器的PMOS管和NMOS管的栅极由同一个焊盘引出。本专利技术通过将待测PMOS管和NMOS管设计为级联的反相器结构，并在待测MOS管栅极、源极、漏极和体区每个端均通过焊盘引出，能够准确得到每一个待测MOS管的偏压温度不稳定性。附图说明图1所示为本专利技术一实施例的偏压温度不稳定性测试结构的示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。请参见图1，本专利技术的偏压温度不稳定性测试结构包括N个串联的反相器，每个反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，N为大于1的奇数。每个反相器中，NMOS管的栅极和PMOS管的栅极连接作为该反相器的输入端，NMOS管的漏极和PMOS管的漏极连接作为该反相器的输出端、同时耦接下一个反相器的输入端。优选地，第一个反相器的输入端和最后一个反相器的输出端相连，由此形成环形振荡器结构，仅需要在第一个反相器的输入端输入一个频率的信号即可产生频率振荡，从而通过检测振荡频率下MOS管的漏极饱和电流退化来判断MOS管在温度偏压不稳定性应力下的工作寿命。在其它实施例中，第一个反相器的输入端和最后一个反相器的输出端之间也可以是开路状态，此时机台需提供振荡频率至第一个反相器的输入端，从而形成类环形振荡器结构。通过调节奇数个反相器的个数，可以获得不同的振荡频率，从而满足不同产品的设计要求。请继续参考图1，本专利技术中，每一个反相器的PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区四端分别通过焊盘引出，因此可以针对任意一个器件都进行偏压温度不稳定性测试。在前后相连的两个反相器中(不包括最后一个反相器与第一个反相器相连的情况)，前一个反相器的PMOS管和NMOS管的漏极与后一个反相器的PMOS管和NMOS管的栅极由同一个焊盘引出。接下来，将对本专利技术的偏压温度不稳定性测试方法进行说明：在提供上述的测试结构之后，首先，通过将焊盘PADG向第一个反相器的栅极施加应力电压，通过焊盘PADS1-1～PADSN-1和焊盘PADB1-1～PADBN-1向每一个反相器中PMOS管的源极和体区施加高电平，同时通过焊盘PADS1-2～PADSN-2和焊盘PADB1-2～PADBN-2向每一个反相器中NMOS管的源极和体区施加低电平。由于上述测试结构中待测MOS管的偏压温度不稳定性的影响，漏极饱和电流会产生变化，因此接下来要进行电流测量的步骤。进行测量步骤时，撤去通过焊盘施加在测试结构上的上述应力电压、高电平和低电平。对于待测的任意一个反相器的PMOS管或NMOS管，通过焊盘PADG/PADD-1/…/PADD(N-1)可以向其栅极施加工作电压Vop，通过焊盘PADS1-1/…/PADSN-1或PADS1-2/…/PADSN-2、焊盘PADB1-1/…/PADBN-1或PADB1-2/…/PADBN-2可以向其源极和体区施加接地电平，同时通过焊盘PADD-1/…/PADD-N测量其漏极饱和电流。其中，应力电压应大于工作电压。此外需要说明的是，上述测试方法可以通过检测PMOS管的漏极饱和电流测量负偏压温度不稳定性，或通过检测NMOS管的漏极饱和电流测量正偏压温度不稳定性，本专利技术不加以限制。举例来说，如果想要测量第i个反相器PMOS管的负偏压温度不稳定性，那么在撤去施加在测试结构上的上述应力电压、高电平和低电平之后，通过焊盘PADD(i-1)向第i个反相器的PMOS管的栅极施加工作电压Vop，通过焊盘PADSi-1、焊盘PADBi-1向这个PMOS管的源极和体区施加接地电平，同时通过焊盘PADD-i测量其漏极饱和电流。本专利技术通过将待测PMOS管和NMOS管设计为级联的反相器结构，并在待测MOS管栅极、源极、漏极和体区每个端均通过焊盘引出，能够准确得到每一个待测MOS管的偏压温度不稳定性。虽然本专利技术已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本专利技术，本领域的技术人员在不脱离本专利技术精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本专利技术所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏压温度不稳定性测试结构，其特征在于，包括：N个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中，每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区均通过焊盘引出，N为大于1的奇数。

【技术特征摘要】
1.一种偏压温度不稳定性测试结构，其特征在于，包括：N个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中，每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、漏极和体区均通过焊盘引出，N为大于1的奇数。2.根据权利要求1所述的偏压温度不稳定性测试结构，其特征在于，第一个反相器的输入端和最后一个反相器的输出端相连。3.根据权利要求1所述的偏压温度不稳定性测试结构，其特征在于，第i个反相器的PMOS管和NMOS管的漏极与第i+1个反相器的PMOS管和NMOS管的栅极由同一个焊盘引出，其中i为大于等于1且小于等于N-1的正整数。4.一种偏压温度不稳定性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一种偏压温度不稳定性测试结构，其包括N个串联的反相器，每一所述反相器包括一个PMOS管和一个NMOS管，其中每一所述PMOS管和NMOS管的栅极、源极、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仲馗，曹巍，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31