栅氧化层时变击穿测试方法、可靠性测试方法及测试结构技术

本发明专利技术涉及器件可靠性研究领域，提供一种栅氧化层时变击穿测试方法、可靠性测试方法及测试结构。所述栅氧化层时变击穿测试方法包括：将多个氧化层电容的衬底集成为一个共用的测试极并接地，其中所述多个氧化层电容各自的栅氧化层的面积均不相同；在通过同一恒定电压源向各个氧化层电容的栅极同时施加同一恒定电压的条件下，持续测量各个氧化层电容的栅极电流；将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。本发明专利技术在持续施加恒定电压的情况下一次测试就可以获得多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，在节省测试设备成本的前提下，极大地提高了测试效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
栅氧化层时变击穿测试方法、可靠性测试方法及测试结构


[0001]本专利技术涉及器件可靠性研究领域，具体地涉及一种栅氧化层时变击穿测试方法、一种栅氧化层可靠性测试方法、一种用于栅氧化层时变击穿测试的集成测试结构以及一种栅氧化层可靠性测试系统。

技术介绍

[0002]在集成电路芯片研发设计过程中，需要对MOS器件的可靠性进行评估。栅氧化层是MOS器件的心脏，在MOS器件可靠性评估方面，栅氧化层的时变介质击穿TDDB(Time
‑
Dependent Dielectric Breakdown，与时间相关电介质击穿，又称为经时击穿、时变击穿)是重要指标之一。
[0003]MOS器件可靠性评估需要大量样本数据，即需要对大量的样品进行击穿测试，得到栅氧化层击穿时间的统计数据，再根据统计数据分析栅氧化层的可靠性。然而，现有的栅氧化层时变击穿测试方法，针对单一的氧化层电容，一套测试设备一次只能测试一个氧化层电容的栅氧化层时变击穿时间，测试效率非常低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种栅氧化层时变击穿测试方法及栅氧化层可靠性测试方法，以解决上述的测试效率低的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种栅氧化层时变击穿测试方法，所述方法包括：
[0006]将多个氧化层电容的衬底集成为一个共用的测试极并接地，其中所述多个氧化层电容各自的栅氧化层的面积均不相同；
[0007]在通过同一恒定电压源向各个氧化层电容的栅极同时施加同一恒定电压的条件下，持续测量各个氧化层电容的栅极电流；
[0008]将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。
[0009]进一步地，所述持续测量各个氧化层电容的栅极电流，包括：通过各个氧化层电容的栅极与所述同一恒定电压源之间设置的电流表测量流经各个氧化层电容的栅极的电流。
[0010]进一步地，所述将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，包括：监测与各个氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值是否发生跳变；在与氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值跳变时，记录施加在该氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。
[0011]进一步地，所述在与氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值跳变时，记录施加在该氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，包括：按照电流表的显示值的跳变顺序，依
次记录施加在各个氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。
[0012]进一步地，所述氧化层电容的数量为三个，三个氧化层电容根据各自的栅氧化层的面积大小依次递增排布或依次递减排布。
[0013]本专利技术第二方面提供一种栅氧化层可靠性测试方法，所述方法包括：
[0014]采用上述的栅氧化层时变击穿测试方法，获得多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间；
[0015]对所述多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间进行统计分析，得到栅氧化层寿命预测结果；
[0016]根据栅氧化层寿命预测结果评估栅氧化层的可靠性。
[0017]进一步地，所述根据栅氧化层寿命预测结果评估栅氧化层的可靠性，包括：根据栅氧化层寿命预测结果得到栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子；根据栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子评估栅氧化层的可靠性。
[0018]进一步地，所述根据栅氧化层寿命预测结果得到栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子，包括：统计所述多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，得到栅氧化层寿命预测曲线；根据栅氧化层寿命预测方程推导出所述栅氧化层寿命预测曲线的斜率作为栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子的倒数，得到栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子。
[0019]本专利技术第三方面提供一种用于栅氧化层时变击穿测试的集成测试机构，包括多个氧化层电容，所述多个氧化层电容各自的栅氧化层的面积均不相同；所述多个氧化层电容的衬底集成为一个共用的测试极并接地，各个氧化层电容的栅极共同连接到半导体参数测试仪的同一恒定电压源，各个氧化层电容的栅极与所述同一恒定电压源之间均设置有电流表。
[0020]进一步地，所述氧化层电容的数量为三个，三个氧化层电容根据各自的栅氧化层的面积大小依次递增排布或依次递减排布。
[0021]本专利技术还提供一种栅氧化层可靠性测试系统，所述系统包括：
[0022]上述的用于栅氧化层时变击穿测试的集成测试结构；
[0023]半导体参数测试仪，用于为所述用于栅氧化层时变击穿测试的集成测试结构中的各个氧化层电容提供同一恒定电压源，监测流经各个氧化层电容的栅极电流是否发生跳变，将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间；
[0024]统计分析装置，用于对所述多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间进行统计分析，得到栅氧化层寿命预测结果，根据栅氧化层寿命预测结果评估栅氧化层的可靠性。
[0025]进一步地，所述统计分析装置具体用于：统计所述多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，得到栅氧化层寿命预测曲线；根据栅氧化层寿命预测方程推导出所述栅氧化层寿命预测曲线的斜率作为栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子的倒数，得到栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子；根据栅氧化层击穿Weibull分布的形状因子评估栅氧化层的可靠性。
[0026]本专利技术的栅氧化层时变击穿测试方法，通过将多个氧化层电容的衬底集成为一个共用的测试极并接地，对各个氧化层电容的栅极同时施加同一个恒定电压，在持续施加恒
定电压的情况下一次测试就可以获得多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，在节省测试设备成本的前提下，极大地提高了测试效率。
[0027]本专利技术实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0028]附图是用来提供对本专利技术实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施方式，但并不构成对本专利技术实施方式的限制。在附图中：
[0029]图1是氧化层电容的结构示意图；
[0030]图2为现有的栅氧化层时变击穿测试的示意图；
[0031]图3为现有的栅氧化层时变击穿测试的电流变化曲线；
[0032]图4是本专利技术实施方式提供的栅氧化层时变击穿测试方法的流程图；
[0033]图5是本专利技术实施方式提供的栅氧化层可靠性测试方法的流程图；
[0034]图6是本专利技术实施方式提供的栅氧化层时变击穿测试的电流变化曲线；
[0035]图7是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种栅氧化层时变击穿测试方法，其特征在于，所述方法包括：将多个氧化层电容的衬底集成为一个共用的测试极并接地，其中所述多个氧化层电容各自的栅氧化层的面积均不相同；在通过同一恒定电压源向各个氧化层电容的栅极同时施加同一恒定电压的条件下，持续测量各个氧化层电容的栅极电流；将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。2.根据权利要求1所述的栅氧化层时变击穿测试方法，其特征在于，所述持续测量各个氧化层电容的栅极电流，包括：通过各个氧化层电容的栅极与所述同一恒定电压源之间设置的电流表测量流经各个氧化层电容的栅极的电流。3.根据权利要求2所述的栅氧化层时变击穿测试方法，其特征在于，所述将氧化层电容的栅极电流发生跳变的时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，包括：监测与各个氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值是否发生跳变；在与氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值跳变时，记录施加在该氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。4.根据权利要求3所述的栅氧化层时变击穿测试方法，其特征在于，所述在与氧化层电容的栅极相连接的电流表的显示值跳变时，记录施加在该氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为该氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，包括：按照电流表的显示值的跳变顺序，依次记录施加在各个氧化层电容的栅极的恒定电压的持续时间作为各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间，直至获得各个氧化层电容的栅氧化层击穿时间。5.根据权利要求1所述的栅氧化层时变击穿测试方法，其特征在于，所述氧化层电容的数量为三个，三个氧化层电容根据各自的栅氧化层的面积大小依次递增排布或依次递减排布。6.一种栅氧化层可靠性测试方法，其特征在于，所述方法包括：采用权利要求1
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5中任一项所述的栅氧化层时变击穿测试方法，获得多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间；对所述多个氧化层电容的栅氧化层击穿时间进行统计分析，得到栅氧化层寿命预测结果；根据栅氧化层寿命预测结果评估栅氧化层的可靠性。7.根据权利要求6所述的栅氧化层可靠性测试方法，其特征在于，所述根据栅氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：付振，刘芳，赵东艳，陈燕宁，邵瑾，王帅鹏，杜艳，黄海潮，何燕冬，
申请(专利权)人：北京智芯微电子科技有限公司国网信息通信产业集团有限公司北京大学国网山东省电力公司营销服务中心计量中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：