一种改进的经时击穿测试方法技术

本发明专利技术公开了一种改进的经时击穿测试方法，应用于半导体参数分析仪，所述半导体参数分析仪连接有待测器件，所述方法包括：步骤1：按照预设参数和预设测试规则，对待测器件进行经时击穿测试，以获取测试过程中的输出特性变化曲线和转移特性变化曲线；步骤2：基于转移特性曲线，得到阈值电压和跨导曲线；步骤3：通过中带电压法，提取得到氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量；步骤4：根据所述氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量，确定氧化层电荷密度值和界面态电荷密度值。本发明专利技术能够提取待测器件内部的氧化层电荷和界面态电荷的变化情况，以对待测器件进行后续精准的质量评估。对待测器件进行后续精准的质量评估。对待测器件进行后续精准的质量评估。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的经时击穿测试方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种改进的经时击穿测试方法。

技术介绍

[0002]经时击穿(TDDB,Time Dependent dielectric breakdown)是一种与时间相关的电介质击穿。区别于瞬时击穿，经时击穿是一种发生在MOS器件栅电容结构中，当在栅极施加高于额定工作电压而低于本征击穿电压时，且经过一段时间后仍然发生击穿的效应。经时击穿常用于评估栅氧化层的可靠性。
[0003]现有技术中，对于MOS电容的TDDB测试，通常是基于恒定电压法对器件进行加速应力测试，具体的，通过对栅极施加恒定的电压应力，检测MOS栅电容结构的泄露电流(SILC,Stress Induced Leakage Current)的大小变化来判断器件是否发生击穿。当MOS栅电容结构发生击穿时，其电阻阻值将会突然变小，在恒定的栅压下流过栅介质的电流将会增加。通过现有技术该测试方法，能够得到的数据包括：每一个待测器件的TDDB加速寿命和SILC的变化情况，进一步地，通过寿命预测模型对这些数据进行拟合，以得到器件正常工作状态下的寿命。
[0004]但是，器件的失效是由多种原因造成的，现有的上述测试方法只能得到一个宏观的统计结果，通过试验进行事后筛选，无法基于该宏观统计结果对器件的失效原因进行追溯，不能够从根本上提高器件的可靠性，以对器件继续后续完善工作。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种改进的经时击穿测试方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种改进的经时击穿测试方法，应用于半导体参数分析仪，所述半导体参数分析仪连接有待测器件，所述方法包括：步骤1：按照预设参数和预设测试规则，对待测器件进行经时击穿测试，以获取测试过程中的输出特性变化曲线和转移特性变化曲线；步骤2：基于转移特性曲线，得到阈值电压和跨导曲线；步骤3：通过中带电压法，提取得到氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量；步骤4：根据所述氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量，确定氧化层电荷密度值和界面态电荷的密度值。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤1之前，所述方法还包括：对待测器件进行预测试，将待测器件划分为异常待测器件和正常待测器件；获取正常待测器件对应的载流子迁移率、宽长比、本征载流子浓度和沟道掺杂浓度。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述预设参数包括：沟道电流
‑
漏极电压扫描参数、沟道电流
‑
栅极电压扫描参数、经时击穿应力电压参数、应力时间参数、采样间隔参数。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010]本专利技术能够提取待测器件内部的氧化层电荷和界面态电荷的变化情况，以对待测器件进行后续精准的质量评估。
[0011]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例提供的一种改进的经时击穿测试方法示意图；
[0013]图2是本专利技术实施例提供的一种改进的经时击穿测试系统结构示意图；
[0014]图3是本专利技术实施例提供的一种预设测试规则流程示意图；
[0015]图4a
‑
4b是本专利技术中利用中带电压法提取氧化层电荷和界面态电荷的示意图；
[0016]图5a
‑
5c是基于本专利技术实测得到的敏感参数变化结果示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0018]实施例
[0019]请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种改进的经时击穿测试方法示意图，应用于半导体参数分析仪，所述半导体参数分析仪连接有待测器件，所述方法包括：
[0020]步骤1：按照预设参数和预设测试规则，对待测器件进行经时击穿测试，以获取测试过程中的输出特性变化曲线和转移特性变化曲线。
[0021]可选的，所述步骤1之前，所述方法还包括：
[0022]步骤S1：对待测器件进行预测试，将待测器件划分为异常待测器件和正常待测器件。
[0023]所述预测试，如测试器件初始I
‑
V特性曲线，使用NMOS场效应晶体管的工作电压为3.3V，将VD和VG设定为3.3V，得到器件初始输出特性曲线和转移特性曲线，剔除失效待测器件，保留正常待测器件。
[0024]步骤S2：获取正常待测器件对应的载流子迁移率、宽长比、本征载流子浓度和沟道掺杂浓度。
[0025]可选的，所述预设参数包括：沟道电流
‑
漏极电压扫描参数、沟道电流
‑
栅极电压扫描参数、经时击穿应力电压参数、应力时间参数、采样间隔参数。
[0026]图2是本专利技术实施例提供的一种改进的经时击穿测试系统结构示意图，其中，半导体参数分析仪通过三同轴电缆、探针与待测器件(晶体管)的栅端、漏端、源端、衬端连接；所述半导体参数分析仪中包括I
‑
V扫描模块、V
‑
t抽样模块和功能模块。
[0027]所述I
‑
V扫描模块设置有沟道电流
‑
漏极电压(Id
‑
Vg)扫描参数、沟道电流
‑
栅极电压(Id
‑
Vd)扫描参数。所述V
‑
t抽样模块设置有经时击穿应力参数。所述功能模块中包括预设函数。
[0028]本专利技术以B1500A半导体参数分析仪进行举例说明，但不局限于此，B1500A是模块化的结构，基于Keysight EasyEXPERT group+图形用户界面的表征软件，能够在从测量设置和执行到结果分析和数据管理整个表征过程实现高效和可重复的器件表征，本专利技术能够在半导体参数仪中内置Id
‑
Vg、Id
‑
Vd、等CMOS晶体管参数测试应用程序，基于设计好的测试方案，调用并调整应用程序的参数，利用功能模块编写函数计算待测器件的阈值电压、跨导曲线以及中带电流、中带电压，然后利用quick test程序将设计好的应用程序组成测试序
列对待测器件完成应力测试。
[0029]示例如，1、在B1500A半导体参数分析仪中设定Id
‑
Vg曲线扫描参数：在B1500A配套的测试软件中调用I
‑
V扫描模块，将Vd、Vs和Vb设定常量，将Vg设定为第一扫描变量，设定适当的步长和范围并保存；2、在B1500A配套的测试软件中调用I
‑
V扫描模块，将Vs和Vb设定为常量，将Vd设定为第一扫描变量，将Vg设定为第二扫描变量，设定适当的扫描步长和范围并保存；3、在B1500A配套的测试软件中调用V
‑
t抽样模块，将Vd(漏极电压)、Vs(源极电压)、Vb(衬底电压)设置为常量，Vg设定为一较高的加速应力电压，并设定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的经时击穿测试方法，其特征在于，应用于半导体参数分析仪，所述半导体参数分析仪连接有待测器件，所述方法包括：步骤1：按照预设参数和预设测试规则，对待测器件进行经时击穿测试，以获取测试过程中的输出特性变化曲线和转移特性变化曲线；步骤2：基于转移特性曲线，得到阈值电压和跨导曲线；步骤3：通过中带电压法，提取得到氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量；步骤4：根据所述氧化层电荷变化量和界面态电荷变化量，确定氧化层电荷密度值和界面态电荷密度值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1之前，所述方法还包括：对待测器件进行预测试，将待测器件划分为异常待测器件和正常待测器件；获取正常待测器件对应的载流子迁移率、宽长比、本征载流子浓度和沟道掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设参数包括：沟道电流
‑
漏极电压扫描参数、沟道电流
‑
栅极电压扫描参数、经时击穿应力电压参数、应力时间参数、采样间隔参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2
‑
1：基于转移特性曲线，计算阈值电压，表示为：其中，V
on
为转移特性曲线中斜率最大处切线与x轴的交点横坐标值，V
d
为漏极电压；步骤2
‑
2：计算跨导曲线，表示为：其中，V
g
表示栅极电压。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3
‑
1：通过中带电压法，提取中带电流，表示为：I
mg
为中带电流，μ
B
为载流子迁移率，为待测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红侠，杨建业，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：