一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法技术

本发明专利技术公开了一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，包括步骤：(1)对MOSFET器件进行初始阈值电压测试；(2)用电子束对上述MOSFET器件进行辐照处理，加速器件老化；(3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；(4)对MOSFET器件进行负向高温栅偏加速老化，获得在指定高温栅偏加速应力条件A下器件阈值电压偏移量ΔV

【技术实现步骤摘要】
一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其是涉及一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法。

技术介绍

[0002]作为由栅极控制工作状态的MOS器件，功率MOSFET器件的栅氧可靠性至关重要，通常采用高温栅偏试验对其考核。通过检测试验过程中MOSFET器件阈值电压V
th
的漂移量(ΔV
th
)的大小，来衡量器件栅氧的高温栅偏稳定性。
[0003]在正向高温栅偏应力下，栅极上施加正的直流偏压，MOSFET栅氧化层中的陷阱捕获电子，阈值电压上升。在负向高温栅偏应力下，栅极上施加负的直流偏压，MOSFET栅氧化层中的陷阱捕获空穴，阈值电压减小。
[0004]但是，高温栅偏老化试验作为传统的MSOFET栅氧层可靠性检测方法，通常需要的时间长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，实现MOSFET器件栅氧化层可靠性的快速检测。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，包括以下步骤：
[0008](1)对MOSFET器件进行阈值电压和栅氧化层电容测试：对器件进行转移特性测试，取设定漏极电流对应的栅极电压作为阈值电压；
[0009](2)对MOSFET器件进行电子辐照处理，在不同的辐照剂量之后，测试器件的阈值电压；
[0010](3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；
[0011](4)对MOSFET器件进行负向高温栅偏加速老化，记录在该应力下器件阈值电压随加速老化时间的变化关系，获得在指定高温栅偏加速应力条件A下器件阈值电压偏移量ΔV
th(A)
；
[0012](5)根据步骤(2)中得到的器件阈值电压随辐照剂量变化关系，得到阈值电压偏移量为ΔV
th(A)
所对应的辐照剂量D
A
；
[0013](6)辐照剂量为D
A
的电子束辐照加速老化用于替负向高温栅偏加速应力条件A对器件进行快速的可靠性测试，用于该器件制造过程中的抽检。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，MOSFET器件类型包括硅、碳化硅器件，导电沟道为N型沟道或者P型沟道。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中，MOSFET器件为功率MOSFET器件。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，功率MOSFET器件包括封装好的单管器件、模块和未封
装的裸芯器件。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中，测试得到MOSFET器件的初始阈值电压。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤(2)中，电子辐照的能量为5
‑
15MeV。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤(3)中，辐照剂量步长设置为0.01～50kGy。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步长越小，器件阈值电压变化与辐照剂量之间的关系越精确。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)中，电子束辐照和高温栅偏导致的阈值电压漂移都是在栅氧层中注入或产生电子/空穴，栅氧中的陷阱捕获电荷导致器件阈值电压漂移。
[0022]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供的一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，该方可以用于器件栅氧层的可靠性检测。该检测方法使用电子束辐照作为加速器件栅氧层老化方法，替代传统的负向高温栅偏老化试验，加快器件加速老化过程。该方法可用于器件制造的抽样检测过程，可以大大提高器件抽检效率，便于科学和产业界推广使用。
附图说明
[0024]图1是本专利技术方法流程图。
[0025]图2是本专利技术实施例1中测试的SiC MOSFET器件结构示意图。
[0026]图3是本专利技术实施例1中测试的SiC MOSFET器件阈值电压随高温栅偏应力时间的变化图。
[0027]图4是本专利技术实施例1中测试的SiC MOSFET器件阈值电压随电子辐照剂量的变化图。
[0028]图5是本专利技术实施例2中测试的Si MOSFET器件结构示意图。
[0029]图6是本专利技术实施例2中测试的Si MOSFET器件阈值电压随高温栅偏应力时间的变化图。
[0030]图7是本专利技术实施例2中测试的Si MOSFET器件阈值电压随电子辐照剂量的变化图。
具体实施方式
[0031]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0032]如图1所示，本专利技术提供的一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，包括以下步骤：
[0033](1)对MOSFET器件进行阈值电压测试并记录器件的初始阈值电压值；对器件进行转移特性测试，取特定漏极电流对应的栅极电压作为阈值电压(例如，设置漏源电极电压V
DS
＝10V进行转移特性曲线测试，选择漏极电流为1mA对应的栅极电压为器件的阈值电压)。
[0034](2)用电子束对上述MOSFET器件进行辐照处理，加速器件老化，器件阈值电压退
化；
[0035](3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；
[0036](4)对MOSFET器件进行高温栅偏加速老化，记录在该应力下器件阈值电压随加速老化时间的变化关系，获得在指定高温栅偏加速应力条件A下器件阈值电压变化量ΔV
th(A)
；
[0037](5)根据步骤(2)中得到的器件阈值电压随辐照剂量变化关系，得到阈值电压偏移量为ΔV
th(A)
为所对应的辐照剂量D
A
；
[0038](6)辐照剂量为D
A
的电子束辐照加速老化可以用于替代高温栅偏加速应力条件A对器件进行快速的可靠性测试，用于该器件制造过程中的抽检。
[0039]步骤(1)的主要作用是：测试得到MOSFET器件的初始阈值电压，在后续步骤中，使用与步骤(1)相同的方法对阈值电压进行测试。
[0040]步骤(2)的主要作用是：电子束辐照的电离效应，可以在MOSFET栅氧层中产生电子
‑
空穴对，随后被栅氧层中的陷阱捕获，使得MOSFET器件栅氧层中的固定电荷增多，器件阈值电压减小，与负向高温栅偏试验中电应力在栅氧层中注入电荷效果相同，但电子辐照在栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对MOSFET器件进行阈值电压和栅氧化层电容测试：对器件进行转移特性测试，取设定漏极电流对应的栅极电压作为阈值电压；(2)对MOSFET器件进行电子辐照处理，在不同的辐照剂量之后，测试器件的阈值电压；(3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；(4)对MOSFET器件进行负向高温栅偏加速老化，记录在该应力下器件阈值电压随加速老化时间的变化关系，获得在指定高温栅偏加速应力条件A下器件阈值电压偏移量ΔV
th(A)
；(5)根据步骤(2)中得到的器件阈值电压随辐照剂量变化关系，得到阈值电压偏移量为ΔV
th(A)
所对应的辐照剂量D
A
；(6)辐照剂量为D
A
的电子束辐照加速老化用于替负向高温栅偏加速应力条件A对器件进行快速的可靠性测试，用于该器件制造过程中的抽检。2.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，MOSFET器件类型包括硅、碳化硅器件，导电沟道为N型沟道或者P型沟道。3.根据权利要求1所述的一种电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永宁，付祥和，陶静，蔡亚辉，赵小龙，彭文博，田鸿昌，何晓宁，李阳善，
申请(专利权)人：陕西半导体先导技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：