專利名稱：檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及^r測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
目前，由于熱載流子注入誘生的硅-氧化硅界面態(tài)是熱載流子效應(yīng)的主 要體現(xiàn)，也是引起其他器件參數(shù)退化的關(guān)鍵因素，雖然通過電荷泵技術(shù)等可 測得界面態(tài)密度，但其沿溝道方向的分布及在能量空間的分布難以精確測定 及模擬，要以界面態(tài)作為熱載流子退化表征非常困難。因而，常常以對熱載
流子效應(yīng)敏感的電氣參數(shù)，例如器件漏極電流Ids、跨導(dǎo)gm、閾值電壓Vth的 相對退化量AIds/IdsO、 Agm/gmO、 AVth/Vth來作為衡量熱載流子退化的表征量。
目前，常采用的方法是假設(shè)上述電氣參數(shù)的退化量與器件受應(yīng)力時(shí)間t成冪函
數(shù)關(guān)系，假定用Y(t)表示所述電氣參數(shù)的退化量，則有
<formula>formula see original document page 4</formula>(1)
對公式(1)兩邊取對數(shù)得
<formula>formula see original document page 4</formula>( 2 )
例如以閾值電壓的相對退化量△ Vth/Vth作為衡量熱載流子退化的表征 量，則表達(dá)式(2)即為
<formula>formula see original document page 4</formula>
由于從生產(chǎn)效率上來說，為了檢測器件壽命是否符合要求，并不可能將 器件放在正常的工作環(huán)境下檢測，那樣會(huì)浪費(fèi)大量的檢測時(shí)間。因而， 一般都是通過選取一個(gè)具有較高工作電壓環(huán)境的電應(yīng)力條件，加速上述器件電氣 參數(shù)的退化過程，并且根據(jù)測量值來估算所檢測器件在額定壽命時(shí)的電氣參 數(shù)退化量，從而通過將此刻的電氣參數(shù)退化量與基準(zhǔn)電氣參數(shù)退化量進(jìn)行比
較來對所檢測的器件壽命進(jìn)行評估。在例如申請?zhí)枮?00410051148.4的中國 專利申請中還能發(fā)現(xiàn)更多與此相關(guān)的內(nèi)容。
而目前常用的估算方法就是以測量值為基礎(chǔ)，計(jì)算出電氣參數(shù)退化量的 對數(shù)值隨時(shí)間的對數(shù)值變化的關(guān)系，即計(jì)算出有測量值兩兩構(gòu)成的直線的斜 率n，并且，在估算器件壽命時(shí)認(rèn)為電氣參數(shù)退化量的對數(shù)值隨時(shí)間的對數(shù)值 變化的關(guān)系曲線始終保持固定斜率，即上述估算器件壽命時(shí)使用的斜率n值 使用了固定值，再以此斜率外推得到器件額定壽命時(shí)的電氣參數(shù)退化量。然 而，隨著如今器件工藝向深亞微米發(fā)展，器件的尺寸也越來越小。通過大量 的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所述斜率n的值在一段較長的檢測時(shí)間中并非保持固定不變， 例如參照圖1所示，所述電氣參數(shù)的退化量的對數(shù)Ln (Y)與器件受應(yīng)力時(shí) 間的對數(shù)Ln (t)的關(guān)系曲線并不是直線，即隨著器件受應(yīng)力時(shí)間的增加，所 述電氣參數(shù)的退化量的對數(shù)Ln (Y)與器件受應(yīng)力時(shí)間的對數(shù)Ln (t)的關(guān)系 曲線的斜率是存在變化的。因此，所述假定斜率n為固定值，并以此估算器 件壽命的方法，往往不能準(zhǔn)確對于所檢測的器件壽命給出評估，可能就將一 些原本合格的器件判定為不合格而退回，增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)估 算器件壽命不準(zhǔn)確，從而影響器件評估準(zhǔn)確性的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法， 包括下列步驟
選取退化表征量；
5在各個(gè)電應(yīng)力條件下，在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化表征量，其中
在各測量,殳內(nèi)至少獲得三個(gè)測量值；
根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，
其中所述斜率表示所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系； 選取估算段內(nèi)的各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)；
根據(jù)所獲得的斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，獲得各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn) 的退化表征量的估算值；
在失效標(biāo)準(zhǔn)兩端至少各選取一個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的時(shí)間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案具有以下優(yōu)點(diǎn)上述檢測半導(dǎo)體器件熱載流 子效應(yīng)的方法通過在一種電應(yīng)力條件下，測量一部分退化表征量值，并根據(jù) 已知退化表征量來得到斜率隨退化表征量變化的關(guān)系，然后結(jié)合退化表征量 隨時(shí)間變化的關(guān)系來外推得到估算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值。接下來根 據(jù)所獲得的估算值，選取失效標(biāo)準(zhǔn)附近的兩個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)的值對 應(yīng)的時(shí)間。接著，再變換其他電應(yīng)力條件，獲得其他電應(yīng)力條件下失效標(biāo)準(zhǔn) 對應(yīng)的時(shí)間。所述方法由于考慮到了所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系(斜 率)會(huì)隨著退化表征量而變化的情況，所以根據(jù)上述方法去估算器件壽命的 檢測結(jié)果更精確。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)退化表征量變化隨時(shí)間變化曲線圖2是本發(fā)明^r測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法的一種實(shí)施方式流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明檢測器件壽命的方法根據(jù)已有退化表征量來得到退化表征量值變化與退化表征量值兩兩構(gòu)成直線斜率變化的關(guān)系，然后結(jié)合退化表征量隨時(shí) 間變化的關(guān)系來外推得到下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的退化表征量估算值。并且重復(fù)上述 兩步步驟，直到最終獲得所要檢測器件的時(shí)長時(shí)的退化表征量估算值。
參照圖2所示，本發(fā)明檢測器件壽命的方法的一種實(shí)施方式包括 步驟sl,選取退化表征量；
步驟s2，在一種電應(yīng)力條件下，在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化表征 量，其中在各測量段內(nèi)至少獲得三個(gè)測量值；
步驟s3,根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征量變 化的關(guān)系，其中所述斜率表示所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系；
步驟s4,選取估算段內(nèi)的各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)；
步驟s5,根據(jù)所獲得的斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，獲得各個(gè)估 算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值；
步驟s6,在失效標(biāo)準(zhǔn)兩端至少各選取一個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的 時(shí)間；
步驟s7,變換其他電應(yīng)力條件，重復(fù)步驟s2-s6。
在上述方法的具體實(shí)施方式
中，步驟s2中，在所述測量^a內(nèi)測量所述退
化表征量的時(shí)間在對數(shù)值上均勻分布。
下面通過具體的測量過程詳述對上述方法作進(jìn)一步說明
執(zhí)行步驟sl，選取退化表征量。如前所述，器件漏極電流Ids、跨導(dǎo)gm、 閾值電壓Vth是對熱載流子效應(yīng)敏感的主要電氣參數(shù)，受界面態(tài)的影響也較明 顯，因此宜采用這三個(gè)參數(shù)的相對退化量AIds/IdsO、 Agm/gmO、 AVth/Vth作為 衡量熱載流子退化的表征。本例中以閾值電壓的變化量△ Vth/Vth作為退化表征
7執(zhí)行步驟S2，在一種電應(yīng)力條件下，在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化 表征量，其中在各測量段內(nèi)至少獲得三個(gè)測量值，其中，在所述測量段內(nèi)測 量所述退化表征量的時(shí)間在對數(shù)值上均勻分布。
在確定了退化表征量之后，接下來就是選取適當(dāng)?shù)碾姂?yīng)力條件來荻得所
述退化表征量隨時(shí)間的變化。以檢測NMOS管的器件壽命為例，可以選取下 述的電應(yīng)力條件將襯底和源極接地，并對漏極和柵極分別施加 一定的電壓， 然后測量所述NMOS管的閾值電壓。所述施加于漏極和柵極的電壓一般都大 于NMOS管的正常工作電壓。而在測量所述NMOS管的閾值電壓時(shí)， 一般都 是先確定要測量的測量段的數(shù)量，并且在所述測量段內(nèi)選取幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行 測量。所述測量段通常選耳又以10為底的對凄t值對應(yīng)的時(shí)長，例如測量,殳1、 2、 3、 4就分別對應(yīng)1 - 10、 10-100、 100- 1000、 1000- 10000小時(shí)的測量時(shí)長。 而為了保證在每一個(gè)測量段內(nèi)所選取的時(shí)間點(diǎn)在所述退化表征量隨時(shí)間變化 的曲線上盡量均等，可采取例如下述公式來獲得所述時(shí)間點(diǎn)
其中，T為測量段的時(shí)長、N為選取的時(shí)間點(diǎn)的數(shù)目，n代表在所選取的 N個(gè)時(shí)間點(diǎn)的序號，Xn為n所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際值。例如， -接上述選耳又電 應(yīng)力條件的說明，將NMOS管的村底和源極接地，并對漏極和柵極分別施加 一定的電壓，然后在1 - 10小時(shí)這個(gè)測量段內(nèi)選取6個(gè)時(shí)間點(diǎn)測量所述NMOS 管的閾值電壓。則根據(jù)公式(3)，得到第1個(gè)時(shí)間點(diǎn)至第6個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別對 應(yīng)的實(shí)際值為1.47、 2.15、 3.16、 4.64、 6.81、 10，即分別在第1.47個(gè)小時(shí)、 第2.15個(gè)小時(shí)、第3.16個(gè)小時(shí)、第4.64個(gè)小時(shí)、第6.81個(gè)小時(shí)、第10個(gè)小 時(shí)測量所述NMOS管的閾值電壓，并計(jì)算各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的閾值電壓值相對于基 準(zhǔn)值的百分比。
當(dāng)測量完一個(gè)測量段內(nèi)的閾值電壓后，則繼續(xù)測量下一個(gè)測量段10-100
8小時(shí)內(nèi)的閾值電壓。所述測量段內(nèi)時(shí)間點(diǎn)的選取方法與上述方法完全相同， 即也是根據(jù)公式(3)來得到測量時(shí)間。
執(zhí)行步驟S3，根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征 量變化的關(guān)系，其中所述斜率表示所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系。
根據(jù)步驟s2所述，已通過測量獲得了 NMOS管在2個(gè)測量段內(nèi)的各個(gè)時(shí) 間點(diǎn)的閾值電壓值相對于基準(zhǔn)值的百分比。通過對所述數(shù)據(jù)的分析可以得到， 雖然所述百分比的值隨時(shí)間變化的曲線的斜率k不是一個(gè)固定值，但在較小 的時(shí)間間隔內(nèi)，k的值還是保持穩(wěn)定的。因此，此處假定所述每兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之 間的百分比值隨時(shí)間變化的曲線的斜率k為固定值。由于需要獲得所述斜率k 隨百分比值變化的關(guān)系，根據(jù)所述假定，最少只需根據(jù)所獲得的三個(gè)百分比 值，分別計(jì)算由所述三個(gè)百分比值點(diǎn)構(gòu)成的兩條直線的斜率，并根據(jù)所獲得 斜率計(jì)算所述斜率隨百分比值變化的關(guān)系。
例如，假定所測量的最后三個(gè)百分比值按所測量的時(shí)間順序從前至后依 次為Y(t,)、 Y(t2)、 Y(t3),則由Y(tO、Y(t2)構(gòu)成的直線的斜率就是it2
而由Y(t2)、 Y(t3)構(gòu)成的直線的斜率就是^ 則，構(gòu)建函數(shù)n-F( Y(t))
來表示所述斜率k隨百分比值變化的關(guān)系。然后，將所獲得的兩個(gè)斜率值k2 和k3代入所述函數(shù)中，并利用例如最小二乘法擬合的方法來獲得所述函數(shù)的 表達(dá)式。
執(zhí)行步驟s4，選取估算段內(nèi)的各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)。當(dāng)步驟s2完成后，測量 階段已經(jīng)結(jié)束，接下來就是根據(jù)已經(jīng)測得的退化表征量的數(shù)據(jù)來對器件在后 續(xù)時(shí)間內(nèi)的退化表征量的值進(jìn)行估算。所述估算段根據(jù)如下數(shù)據(jù)獲得當(dāng)不 進(jìn)行估算而選擇用測量來檢測器件壽命時(shí)的總時(shí)長。例如，所述總時(shí)長為 10000小時(shí)，則根據(jù)之前的測量段的說明，在不進(jìn)行估算時(shí)，則測量時(shí)長可分
9為4個(gè)測量^殳，依次為1-10、 10-100、 100- 1000、 1000- 10000小時(shí)。則 若當(dāng)已測量了 2個(gè)測量段時(shí)，則剩余2個(gè)測量段即為估算段，依次對應(yīng)100 -1000、 1000- 10000小時(shí)。而所述各個(gè)估算段內(nèi)的時(shí)間點(diǎn)也可根據(jù)例如公式 (3)來獲得。
執(zhí)行步驟s5，根據(jù)所獲得的斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，獲得各 個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值。根據(jù)所獲得的退化表征量值變化與斜 率變化的關(guān)系，并且結(jié)合前述的公式(2)就能夠外推獲得所述估算時(shí)間點(diǎn)的 測量值了，而所述的估算時(shí)間點(diǎn)已由步驟s4提供。詳細(xì)外推過程如下假定 當(dāng)前已知百分比值為Y (tn)，則上一個(gè)已知時(shí)間點(diǎn)的值就是Y (tnM),下一 個(gè)未知時(shí)間點(diǎn)，即估算時(shí)間點(diǎn)的值就是Y (tn+1)，則根據(jù)公式(2)有
<formula>formula see original document page 10</formula>
假設(shè)當(dāng)tn和tn+1間隔很小的時(shí)候，近似認(rèn)為Y ( )和Y ( tn )構(gòu)成的直
線的斜率等于Y (tn )和Y (tn+1)構(gòu)成的直線的斜率，即F(Y(Q) = F(Y(U0)， 則將(5) — (4)得
<formula>formula see original document page 10</formula>對(8)兩邊取e為底的指數(shù)得
UOP[F(r(X+1 〃』 (8)
而將F(Y(t))代入公式(8)，就可獲得Y(U,)。
執(zhí)行步驟s6，在失效標(biāo)準(zhǔn)兩端至少各選取一個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)對 應(yīng)的時(shí)間。當(dāng)獲得了各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值之后，則可對照失效標(biāo)準(zhǔn)來選取失效標(biāo)準(zhǔn)兩端附近的至少各一個(gè)估算值。所述失效標(biāo)準(zhǔn)即所 定義的正常器件在額定使用壽命達(dá)到時(shí)，其退化表征量的衰減百分比值。例 如，此處設(shè)定所述失效標(biāo)準(zhǔn)為10%，則可選取10%兩端的至少各一個(gè)估算值，
例如9%和11%,并4艮據(jù)9%和11 %對應(yīng)的時(shí)間，通過例如內(nèi)差法的方法來計(jì) 算10%對應(yīng)的時(shí)間。
執(zhí)行步驟s7，變換其他電應(yīng)力條件，重復(fù)步驟s2-s6。
當(dāng)獲得了各個(gè)電應(yīng)力條件下失效標(biāo)準(zhǔn)的值對應(yīng)的估算時(shí)間后，就可以選 取合適的失效幾率模型，來推算所述器件在正常應(yīng)用條件下的壽命。
綜上所述，上述檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法通過在一種電應(yīng)力 條件下，測量一部分退化表征量值，并根據(jù)已知退化表征量來得到斜率隨退 化表征量變化的關(guān)系，然后結(jié)合退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系來外推得到估 算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值。接下來根據(jù)所獲得的估算值，選取失效標(biāo) 準(zhǔn)附近的兩個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)的值對應(yīng)的時(shí)間。接著，再變換其他電 應(yīng)力條件，獲得其他電應(yīng)力條件下失效標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的時(shí)間。所述方法由于考慮 到了所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系(斜率)會(huì)隨著退化表征量而變化的 情況，所以根據(jù)上述方法去估算器件壽命的檢測結(jié)果更精確。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
ii
權(quán)利要求
1.一種檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于，包括下列步驟，選取退化表征量；在各個(gè)電應(yīng)力條件下，在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化表征量，其中在各測量段內(nèi)至少獲得三個(gè)測量值；根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，其中所述斜率表示所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系；選取估算段內(nèi)的各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)；根據(jù)所獲得的斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，獲得各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值；在失效標(biāo)準(zhǔn)兩端至少各選取一個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的時(shí)間。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 在所述測量段內(nèi)測量所述退化表征量的時(shí)間在對數(shù)值上均勻分布。
3. 如權(quán)利要求2所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 所述測量所述退化表征量的時(shí)間和估算時(shí)間點(diǎn)根據(jù)下述公式獲得1 二e""(T》妒")，其中，T為測量段或估算段的時(shí)長、N為選取的時(shí) 間點(diǎn)的數(shù)目，n代表在所選取的N個(gè)時(shí)間點(diǎn)的序號，Xn為n所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn) 的實(shí)際值。
4. 如權(quán)利要求3所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 所述在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化表征量包括測量所述退化表征量， 并計(jì)算所述退化表征量相對于基準(zhǔn)值的百分比。
5. 如權(quán)利要求1所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 所述根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，包括下列步驟至少根據(jù)所獲得的退化表征量測量值的最后三個(gè)值，分別計(jì)算由所述三 個(gè)值的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的兩條直線的斜率，并根據(jù)所獲得斜率計(jì)算所述斜率隨所 述退化表征量變化的關(guān)系。
6. 如權(quán)利要求5所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 根據(jù)所獲得斜率計(jì)算所述斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系可以采用最小二 乘法擬合的方法。
7. 如權(quán)利要求6所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其特征在于， 所述估算值通過下述方法外推獲得yfc+1)=yfc)exp[F(rfc))Z"fc+1/U],其中Y(g為已知退化表征量 值，F(xiàn)(Y(tn))為所述退化表征量值變化與所述斜率變化的關(guān)系式，Y(U,)為估 算退化表征值。
8. 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，其 特征在于，所述退化表征量為閾值電壓、器件漏極以及跨導(dǎo)中的任意一種。
全文摘要
一種檢測半導(dǎo)體器件熱載流子效應(yīng)的方法，包括選取退化表征量；在各個(gè)電應(yīng)力條件下，在至少兩個(gè)測量段內(nèi)測量所述退化表征量，其中在各測量段內(nèi)至少獲得三個(gè)測量值；根據(jù)所述退化表征量的測量值，獲得斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，其中所述斜率表示所述退化表征量隨時(shí)間變化的關(guān)系；選取估算段內(nèi)的各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)；根據(jù)所獲得的斜率隨所述退化表征量變化的關(guān)系，獲得各個(gè)估算時(shí)間點(diǎn)的退化表征量的估算值；在失效標(biāo)準(zhǔn)兩端至少各選取一個(gè)估算值，求得失效標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的時(shí)間。根據(jù)所述方法估算器件壽命的檢測結(jié)果更精確。
文檔編號G01R31/26GK101587162SQ200810112508
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者簡維廷, 強(qiáng) 郭, 黃宏嘉 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司