半导体元件测试方法与设备技术

本公开提供一种半导体元件测试方法与设备。方法包括：提供一PMOS元件；在预设温度下对PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn，在撤除预设负偏压后的N个预设时间点测量N个实测阈值电压偏移值，N个预设时间点包括数值最大的第一预设时间点，其中m∈[1,x]，n∈[1,y]，x、y、N分别是第一预设值、第二预设值、第三预设值根据N个实测阈值电压偏移值确定撤除预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值，第二预设时间点小于第四预设值；根据阈值电压恢复值和第一预设时间点对应的实测阈值电压偏移值确定时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVth

【技术实现步骤摘要】
半导体元件测试方法与设备
本公开涉及半导体测试
，具体而言，涉及一种能够准确测量半导体元件在负偏压下的阈值电压偏移值的半导体元件测试方法与设备。
技术介绍
NBTI(NegativeBiasTemperatureInstability，负偏压温度不稳定性)效应是指在高温下对PMOSFET施加负栅压而引起的一系列电学参数的退化(一般应力条件为125℃恒温下栅氧电场，源、漏极和衬底接地),导致了阈值电压Vth的漂移，漏极饱和电流Idsat和跨导Gm的下降，已经成为硅IC技术的一个重要可靠性问题，对模拟电路和数字电路的设计都有重要的意义。NBTI效应中应力和自愈合效应(recovery)的影响可以用来解释PMOS器件的阈值电压Vth退化现象。PMOS器件在NBTI应力条件作用下处于强反型状态，沟道中的空穴在电场作用下注入栅氧化层产生界面态(Dit)和氧化层电荷从而引起器件参数退化，当负偏压移除时的一端时间后，会发生自愈合效应，降低空穴注入引起的阈值电压偏移值。在实际工作中由于元件工作在高频条件下，空穴注入引起的阈值电压偏移值不受自愈合效应的影响，而在实验测量环境中，由于仪器的测量时间点难以减小到自愈合效应发生之前，测量的阈值电压偏移值往往受到自愈合效应的影响，较元件的真实工作状态下的阈值电压偏移值低。在这种情况下，如果根据阈值电压偏移值的测量值来预测元件的NBTI寿命会产生较大误差。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种半导体元件测试方法与半导体元件测试设备，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的自愈合效应对阈值电压偏移值测量的负面影响。根据本公开实施例的第一方面，提供一种半导体元件测试方法，包括：提供多个相同的PMOS元件；在预设温度下对第n个所述PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn，在撤除所述预设负偏压后的N个预设时间点测量N个实测阈值电压偏移值，所述N个预设时间点包括数值最大的第一预设时间点，其中m∈[1,x]，n∈[1,y]，x、y、N分别是第一预设值、第二预设值、第三预设值；根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值；根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定施压时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVthmn；根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定施压时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVthmn。在本公开的示例性实施例中，所述根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值包括：分别计算除所述第一预设时间点对应的实测阈值电压偏移值ΔVmnN之外的N-1个实测阈值电压偏移值与ΔVmnN的差值ΔVholen1～ΔVholen(N-1)；根据ΔVholen1～ΔVholen(N-1)确定阈值电压恢复值变化方程；根据所述阈值电压恢复值变化方程确定所述第二预设时间点对应的所述阈值电压恢复值。在本公开的示例性实施例中，所述根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值包括根据以下公式确定阈值电压偏移值ΔVthmn：ΔVthmn＝ΔVholen+ΔVitmn，其中ΔVholen是预设负偏压Vn对应的阈值电压恢复值，ΔVitmn等于所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值。在本公开的示例性实施例中，所述第一预设时间点大于第四预设值，所述第二预设时间点小于等于100μs，其中，所述第四预设值为所述PMOS元件停止发生自愈合效应的时间点。在本公开的示例性实施例中，还包括：确定时长为T1～Tx的预设负偏压V1～Vy对应的阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy；根据ΔVth11～ΔVthxy确定预设方程的拟合参数，将所述拟合参数带入所述预设方程以确定阈值电压偏移值变化曲线；根据所述阈值电压偏移值变化曲线确定所述PMOS元件在标准工作电压下阈值电压偏移值达到预设失效值的时间。在本公开的示例性实施例中，所述确定时长为T1～Tx的预设负偏压V1～Vy对应的阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy包括：确定对应于预设负偏压Vn的所述阈值电压恢复值ΔVholen；分别在预设负偏压Vn的施压时长为T1～Tx时在所述第一预设时间点测量对应于的T1～Tx的实测阈值电压偏移值ΔV1nN～ΔVxnN；分别求出ΔV1nN～ΔVxnN与所述阈值电压恢复值ΔVholen之和，作为对应于施压时长为T1～Tx的预设负偏压Vn的阈值电压偏移值ΔVth1n～ΔVthxn；重复以上步骤直至确定所述阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy。在本公开的示例性实施例中，所述预设方程包括：△Vth＝C*Tλ，λ＝A*eB*Vg，其中△Vth是所述阈值电压偏移值，A、B、C是拟合常数项，T是所述施压时长，Vg是所述预设负偏压。根据本公开的第二方面，提供一种半导体元件测试设备，包括：测试台，用于固定PMOS元件；电极，用于在预设温度下对第n个所述PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn；电压测量装置，用于在撤除所述预设负偏压后的N个预设时间点测量N个实测阈值电压偏移值，所述N个预设时间点包括数值最大的第一预设时间点，其中m∈[1,x]，n∈[1,y]，x、y、N分别是第一预设值、第二预设值、第三预设值；处理器，耦接于所述电极和所述电压测量装置，设置为执行以下指令：根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值；根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定施压时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVthmn。在本公开的示例性实施例中，还包括：输入装置，用于接收所述施压时长、所述预设负偏压、所述N个预设时间点、所述第一预设值、所述第二预设值、所述第三预设值的设置信号；输出装置，用于输出所述阈值电压偏移值。在本公开的示例性实施例中，所述处理器还设置为：确定时长为T1～Tx的预设负偏压V1～Vy对应的阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy；根据ΔVth11～ΔVthxy确定预设方程的拟合参数，将所述拟合参数带入所述预设方程以确定阈值电压偏移值变化曲线；根据所述阈值电压偏移值变化曲线确定所述PMOS元件在标准工作电压下阈值电压偏移值达到预设失效值的时间。本公开实施例通过在测量PMOS元件的NBTI寿命过程中去除自愈合效应对阈值电压偏移值测量的影响，可以得到更接近元件实际工作状态的阈值电压偏移值，进而根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体元件测试方法，其特征在于，包括：/n提供多个相同的PMOS元件；/n在预设温度下对第n个所述PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn，在撤除所述预设负偏压后的N个预设时间点测量N个实测阈值电压偏移值，所述N个预设时间点包括数值最大的第一预设时间点，其中m∈[1,x]，n∈[1,y]，x、y、N分别是第一预设值、第二预设值、第三预设值；/n根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值；/n根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定施压时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVth

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件测试方法，其特征在于，包括：
提供多个相同的PMOS元件；
在预设温度下对第n个所述PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn，在撤除所述预设负偏压后的N个预设时间点测量N个实测阈值电压偏移值，所述N个预设时间点包括数值最大的第一预设时间点，其中m∈[1,x]，n∈[1,y]，x、y、N分别是第一预设值、第二预设值、第三预设值；
根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值；
根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定施压时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值ΔVthmn。


2.如权利要求1所述的半导体元件测试方法，其特征在于，所述根据所述N个实测阈值电压偏移值确定撤除所述预设负偏压后的第二预设时间点对应的阈值电压恢复值包括：
分别计算除所述第一预设时间点对应的实测阈值电压偏移值ΔVmnN之外的N-1个实测阈值电压偏移值与ΔVmnN的差值ΔVholen1～ΔVholen(N-1)；
根据ΔVholen1～ΔVholen(N-1)确定阈值电压恢复值变化方程；
根据所述阈值电压恢复值变化方程确定所述第二预设时间点对应的所述阈值电压恢复值。


3.如权利要求1所述的半导体元件测试方法，其特征在于，所述根据所述阈值电压恢复值和所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值确定时长为Tm的预设负偏压Vn对应的阈值电压偏移值包括根据以下公式确定阈值电压偏移值ΔVthmn：
ΔVthmn＝ΔVholen+ΔVitmn，其中ΔVholen是预设负偏压Vn对应的阈值电压恢复值，ΔVitmn等于所述第一预设时间点对应的所述实测阈值电压偏移值ΔVmnN。


4.如权利要求1所述的半导体元件测试方法，其特征在于，所述第一预设时间点大于第四预设值，所述第二预设时间点小于等于100μs，其中，所述第四预设值为所述PMOS元件停止发生自愈合效应的时间点。


5.如权利要求1所述的半导体元件测试方法，其特征在于，还包括：
确定时长为T1～Tx的预设负偏压V1～Vy对应的阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy；
根据ΔVth11～ΔVthxy确定预设方程的拟合参数，将所述拟合参数带入所述预设方程以确定阈值电压偏移值变化曲线；
根据所述阈值电压偏移值变化曲线确定所述PMOS元件在标准工作电压下阈值电压偏移值达到预设失效值的时间。


6.如权利要求5所述的半导体元件测试方法，其特征在于，所述确定时长为T1～Tx的预设负偏压V1～Vy对应的阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy包括：
确定对应于预设负偏压Vn的所述阈值电压恢复值ΔVholen；
分别在预设负偏压Vn的施压时长为T1～Tx时在所述第一预设时间点测量对应于的T1～Tx的实测阈值电压偏移值ΔV1nN～ΔVxnN；
分别求出ΔV1nN～ΔVxnN与所述阈值电压恢复值ΔVholen之和，作为对应于施压时长为T1～Tx的预设负偏压Vn的阈值电压偏移值ΔVth1n～ΔVthxn；
重复以上步骤直至确定所述阈值电压偏移值ΔVth11～ΔVthxy。


7.如权利要求5所述的半导体元件测试方法，其特征在于，所述预设方程包括：
△Vth＝C*Tλ，λ＝A*eB*Vg，其中△Vth是所述阈值电压偏移值，A、B、C是拟合常数项，T是所述施压时长，Vg是所述预设负偏压。


8.一种半导体元件测试设备，其特征在于，包括：
测试台，用于固定PMOS元件；
电极，用于在预设温度下对第n个所述PMOS元件的栅极施加时长为Tm的预设负偏压Vn；
电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，熊阳，吕康，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34