负偏压温度不稳定性的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种负偏压温度不稳定性的测试方法：确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命，通过拟合方式确定出测试负偏压与器件寿命之间的函数关系式；根据确定出的函数关系式，计算器件处于正常工作状态时的工作负偏压下的器件寿命；将计算出的器件寿命与预先设定的阈值进行比较，如果大于阈值，则测试通过。其中，在测试不同测试负偏压下的器件寿命的过程中，在每次测量器件的指定参数前，直接将测试负偏压降为工作负偏压，从而避免器件性能的恢复，保证测量结果的准确性，进而保证整个测试过程的准确性，且提高整个测试过程的处理速度；另外，相比于现有技术，本发明专利技术所述方案只测试器件的一个最重要的参数，从而进一步加快了测试速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件测试技术，特别涉及一种。
技术介绍
现有半导体制造工艺中，在完成器件的制造后，还需要对器件进行各种可靠性测 试，如负偏压温度不稳定性(NBTI)测试。负偏压温度不稳定性是指当器件的栅极施加有负 偏压时，在高温条件下，器件的性能将发生显著的退化，表现为饱和电流(IDSAT)下降以及 阈值电压(VT)上升等。当器件的性能下降到一定程度时，器件将变得不可用。进行负偏压 温度不稳定性测试的目的就是要首先确定出器件从开始使用到不能用这段时间的时长，即 器件的寿命，然后，将确定出的器件寿命与预先设定的阈值进行比较，如果大于阈值，则认 为测试通过，即器件的负偏压温度不稳定性符合要求。现有技术中，通常采用以下测试方法步骤11 确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命。所述至少两个不同测试负偏压均需要大于器件正常工作时的工作负偏压且小于 器件的击穿电压。通常，测试负偏压需要大于工作负偏压的1. 1倍并小于击穿电压的0. 8 倍。另外，整个测试过程中，测试温度需要保持在85 150摄氏度左右(测试过程中，器件 是固定在机台上的，可通过机台来控制温度)。本步骤中，假设预先设定了三个测试负偏压，分别为-4. 2伏(V)、-3. 6V和_3. 0V, 分别确定每个测试负偏压下器件的寿命。以-4. 2V为例，具体确定方式包括向器件的栅极施加预定时长，如100秒(s)的-4. 2V测试负偏压；预定时长结束 后，关闭该-4. 2V的测试负偏压，即由-4. 2V降为0V，然后再开启工作负偏压，即从OV升 为-2. 5V，并测量工作负偏压下器件的参数的取值，所述参数包括饱和电流、阈值电压、衬 底电流(Ib)以及栅电流(Ig)等，并将测量到的取值分别与标准取值(即器件正常工作时 的各参数的取值)进行比较，计算偏移率。举例来说，假设饱和电流的标准取值为100毫安(mA)，而测量到的饱和电流取值 为99mA，则偏移率为(100-99)/100 = 1%。之后，重复上述过程，即继续施加IOOs的-4. 2V 测试负偏压，然后测量器件参数；多次重复上述过程，比如60次后，将得到60组数据，分别 为(100，0.5%)、(200,1%)等，其中前一个数据表示施加测试负偏压的总时长，后一个数 据表示偏移率，基于这些数据，可通过拟合方式得到总时长与偏移率的函数关系式。那么， 如果假设当偏移率达到10%时认为器件可不用，则将10%代入上述函数关系式中，计算得 出对应的时间，该时间即为器件的寿命。需要说明的是，由于测量了 4个参数，根据每个参数均可计算出一个器件寿命，那 么可将计算出的4个值中取值最小的一个作为测试负偏压-4. 2V下的器件寿命。按照同样的方式，分别确定出测试负偏压-3. 6V和-3. OV对应的器件寿命。步骤12 通过拟合方式，得到测试负偏压与器件寿命之间的函数关系式。步骤13 根据步骤12中确定出的函数关系式，计算工作负偏压下的器件寿命。本步骤中，将工作负偏压-2. 5V代入到步骤12中确定出的函数关系式中，计算得 到该负偏压下的器件寿命。后续，即可根据步骤13中计算出的器件寿命确定器件的负偏压温度不稳定性是 否符合要求。但是，上述处理方式在实际应用中会存在一定的问题在向栅极施加一段时间的测试负偏压，如-4. 2V后，现有技术中的处理方式是 先将该测试负偏压降为0V，然后再从OV升为-2. 5V，而电压从-4. 2V变为0V，再由OV变 为-2. 5V，必然会需要一定的时间，这就相当于在施加一段时间的测试负偏压后，需要经过 一段延迟时间(Delay Time)，然后才能开始测量器件的参数。如图1所示，图1为现有测试 负偏压与工作负偏压之间的关系示意图。而在Delay Time内，器件性能会发生一定的恢复， 比如说，本来施加一段时间的测试负偏压后，如果直接测量器件的饱和电流，其取值应该是 95mA，但由于Delay Time的存在，等到实际测量是可能已经恢复到98mA，从而导致测量结 果不准确，进而导致整个测试过程的不准确；而且，Delay Time的存在也减慢了整个测试过 程的处理速度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种，能够提高测试过程 的准确性，并加快测试速度。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的一种，在测试过程中，测试温度保持在85 150 摄氏度；该方法包括A、确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命；其中，针对每个测试负偏压，分别 执行以下操作Al、向器件的栅极施加预定时长的测试负偏压；预定时长结束，将测试负偏压直接 降为器件正常工作时的工作负偏压；A2、在所述工作负偏压下测量器件的参数的取值，并将测量到的取值与参数的标 准取值进行比较，计算偏移率；A3、判断测量次数是否达到预定要求，如果是，则执行步骤A4;否则，返回执行步 骤Al ；A4、基于每次测量后计算得到的偏移率以及每次测量之前施加的测试负偏压的总 时长，通过拟合方式确定出偏移率与总时长之间的函数关系式；A5、基于所述函数关系式，计算预先确定的最大允许偏移率对应的总时长，将计算 出的总时长作为器件寿命；B、基于确定出的每个测试负偏压对应的器件寿命，通过拟合方式确定测试负偏压 与器件寿命之间的函数关系式；C、根据步骤B中确定出的函数关系式，计算工作负偏压下的器件寿命；D、将步骤C中计算出的器件寿命与预先设定的阈值进行比较，如果大于所述阈 值，则确定器件的负偏压温度不稳定性符合要求。4较佳地，所述参数为饱和电流。较佳地，所述计算偏移率包括计算标准取值与测量到的取值的差值；用所述差值除以所述标准取值，得到的商即为偏移率。较佳地，所述测试负偏压大于所述工作负偏压且小于器件的击穿电压。可见，采用本专利技术的技术方案，在测试不同测试负偏压下的器件寿命的过程中，在 每次测量器件的参数时，不经过Delay Time,而是直接将测试负偏压降为工作负偏压，从而 避免器件性能的恢复，保证了测量结果的准确性，进而保证了整个测试过程的准确性，而且 提高了整个测试过程的处理速度；另外，相比于现有技术，本专利技术所述方案只测量一个最重 要的参数，即饱和电流，从而进一步加快了测试速度。附图说明图1为现有测试负偏压与工作负偏压之间的关系示意图。图2为本专利技术方法实施例的流程图。图3为本专利技术实施例中每个测试负偏压下的器件寿命确定过程流程图。图4为本专利技术实施例中测量负偏压与工作负偏压之间的关系示意图。具体实施例方式针对现有技术中存在的问题，本专利技术中提出一种改进的负偏压温度不稳定性测试 方法，即在测试不同测试负偏压下器件的寿命的过程中，在每次测量器件的指定参数时，不 经过Delay Time,而是直接将测试负偏压降为工作负偏压，从而避免器件性能的恢复，保证 测量结果的准确性。为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本专利技术所述方案作进一步地详细说明。图2为本专利技术方法实施例的流程图。如图2所示，主要包括以下步骤步骤21 确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命。同样，所述至少两个不同测试负偏压均需要大于器件的工作负偏压且小于器件的 击穿电压，通常，测试负偏压需要大于工作负偏压的1. 1倍并小于击穿电压的0.8倍。由于 后续需要进行拟合，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负偏压温度不稳定性的测试方法，在测试过程中，测试温度保持在８５～１５０摄氏度；该方法包括：Ａ、确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命；其中，针对每个测试负偏压，分别执行以下操作：Ａ１、向器件的栅极施加预定时长的测试负偏压；预定时长结束，将测试负偏压直接降为器件正常工作时的工作负偏压；Ａ２、在所述工作负偏压下测量器件的参数的取值，并将测量到的取值与参数的标准取值进行比较，计算偏移率；Ａ３、判断测量次数是否达到预定要求，如果是，则执行步骤Ａ４；否则，返回执行步骤Ａ１；Ａ４、基于每次测量后计算得到的偏移率以及每次测量之前施加的测试负偏压的总时长，通过拟合方式确定出偏移率与总时长之间的函数关系式；Ａ５、基于所述函数关系式，计算预先确定的最大允许偏移率对应的总时长，将计算出的总时长作为器件寿命；Ｂ、基于确定出的每个测试负偏压对应的器件寿命，通过拟合方式确定测试负偏压与器件寿命之间的函数关系式；Ｃ、根据步骤Ｂ中确定出的函数关系式，计算工作负偏压下的器件寿命；Ｄ、将步骤Ｃ中计算出的器件寿命与预先设定的阈值进行比较，如果大于所述阈值，则确定器件的负偏压温度不稳定性符合要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：呼伦，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]