The invention discloses a semiconductor device used in ultra fast bias temperature instability testing system and method, the system includes an arbitrary waveform generator and waveform input and output processor, probe probe and drain bias module; arbitrary waveform generator generates level and time can accurately control the stress voltage signal, and signal recovery voltage measure the voltage signal, and the input probe in the gate of the device under test loading gate voltage signal; voltage amplitude and time of the invention can accurately control the BTI effect, BTI effect can be characterized in a very short time, high sensitivity test. The invention can realize the characterization of the threshold voltage excursion in a very short time, and the test result is affected by the recovery effect of the BTI effect, and further, the accurate measurement is realized. The invention can be applicable to silicon, germanium, III V compound for high performance planar transistor carrier channel, and fin type stereo gate, ring gate (GAA) electrical characteristics of structure field effect transistor.
【技术实现步骤摘要】
一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统及方法
本专利技术属于半导体器件可靠性的表征和测试
,具体涉及一种对高性能电子器件尤其是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)器件在极短时间内(<10ns)的偏压温度不稳定性的表征技术。
技术介绍
过去几十年中,随着CMOS集成电路技术的发展,电路中的最核心单元-金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)的尺寸遵从摩尔定律逐步减小,从几微米(μm)缩短至14nm,晶体管器件密度和性能不断提高。衡量晶体管器件的可靠性的重要指标之一为半导体器件的偏压温度不稳定性(BTI)。偏压温度不稳定性包括负向偏压温度不稳定性(NBTI)和正向偏压温度不稳定性(PBTI),指的是在一定温度条件下,在晶体管栅极施加偏置电压时,晶体管的电学特性发生阈值电压飘移、饱和电流及跨导减小等退化的效应。随着栅极长度不断缩小和氧化层厚度的不断减薄,半导体器件的偏压温度不稳定性的影响越发显著,已成为器件退化的主要因素之一。因此,对器件偏压温度不稳定性的准确评估和表征具有重要意义。BTI特性的重要特征在于其具有很强的恢复效应,例如对于p型MOSFET,在高温下对其栅极施加负向偏置电压一段时间后,如果将该负偏压改为正偏压或零偏压,器件的退化特性将在很短的时间内(<10ns)发生一定程度的恢复。因此,恢复效应给对器件BTI特性的准确表征带来难题。BTI特性的表征通常通过对器件阈值电压的漂移的测试来实现。现有的BTI特性的测试方法中,采用传统的直流电流电压测试方法获得MOSFET晶体管漏极电流Id与栅极电压Vg的输出转 ...
【技术保护点】
一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于,该系统包括任意波形发生器(101)、波形处理器(102)、输入探针(103)、输出探针(104)和漏端偏压模块(106);任意波形发生器(101)产生电平和时间可精确控制的应力电压信号、恢复电压信号和测量电压信号,并通过输入探针(103)在被测器件(105)的栅极上加载栅极电压信号;漏端偏压模块(106)通过输出探针(104)在被测器件(105)的漏极上加载漏端电压信号;同时,输出探针(104)采集被测器件(105)的漏极上的电流信号,无失真地传输到波形处理器(102)的输入通道;波形处理器(102)通过确定栅极电压信号和漏极电流信号的对应关系,即可得到被测器件(105)的ID‑VG关系曲线,通过ID‑VG关系曲线求得被测器件(105)的阈值电压。
【技术特征摘要】
1.一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于,该系统包括任意波形发生器(101)、波形处理器(102)、输入探针(103)、输出探针(104)和漏端偏压模块(106);任意波形发生器(101)产生电平和时间可精确控制的应力电压信号、恢复电压信号和测量电压信号,并通过输入探针(103)在被测器件(105)的栅极上加载栅极电压信号;漏端偏压模块(106)通过输出探针(104)在被测器件(105)的漏极上加载漏端电压信号;同时,输出探针(104)采集被测器件(105)的漏极上的电流信号,无失真地传输到波形处理器(102)的输入通道;波形处理器(102)通过确定栅极电压信号和漏极电流信号的对应关系,即可得到被测器件(105)的ID-VG关系曲线,通过ID-VG关系曲线求得被测器件(105)的阈值电压。2.根据权利要求1所述的一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于:所述被测器件为n型MOSFET,所述应力电压信号大于所述n型MOSFET的阈值电压,所述恢复电压信号小于所述n型MOSFET的阈值电压。3.根据权利要求1所述的一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于:所述被测器件为p型MOSFET,所述应力电压信号为负向电压,并且其绝对值大于所述p型MOSFET的阈值电压的绝对值,所述恢复电压信号大于所述p型MOSFET的阈值电压。4.根据权利要求1所述的一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于:所述测量电压信号为使被测器件开启的电压信号,包括但不限于阶梯脉冲信号、三角波、锯齿波以及上述信号的组合。5.根据权利要求1所述的一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于:输入探针(103)为能够自动散热的“地-信号-地”射频探针,在一侧的“地-信号”终端之间接有50Ω电阻。6.根据权利要求1所述的一种应用于半导体器件的超快速偏压温度不稳定性测试系统,其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵毅,玉虓,陈冰,曲益明,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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