專利名稱：一種預(yù)測soi mosfet器件可靠性壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體可靠性研究領(lǐng)域，由于SOI MOSFET器件的自熱效應(yīng)會(huì)加劇器件退化程度，而在實(shí)際的數(shù)字電路中自熱效應(yīng)的影響很小，本發(fā)明主要涉及針對SOI MOSFET器件的自熱修正后的一種可靠性壽命的預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
隨著VLSI技術(shù)的飛速發(fā)展，硅集成電路工藝已進(jìn)入以深亞微米乃至超深亞微米特征尺寸為主的產(chǎn)品生產(chǎn)階段。制造工藝的技術(shù)進(jìn)步極大地提高了 VLSI質(zhì)量和性能，同時(shí)大大降低了單個(gè)芯片的工藝成本，推動(dòng)了集成電路產(chǎn)品的普及，帶來新的電子信息革命。然而，在器件等比例縮小的同時(shí)，工作電壓并不能達(dá)到相同比例的縮小，所以各種可靠性問題也逐漸變得日趨嚴(yán)重，其中主要包括熱載流子效應(yīng)(HCI)、負(fù)偏壓熱不穩(wěn)定(NBTI)以及氧化層隨時(shí)間的擊穿(TDDB)等。SOI (Silicon-On-1nsulator,絕緣襯底上的硅)M0SFET器件是指在絕緣襯底上形成一層單晶硅薄膜，或是單晶硅薄膜被絕緣層從支撐的硅襯底中分開而形成的材料結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)體硅MOS器件相比，SOI MOSFET器件具有電隔離性能好，寄生電容小，易形成淺結(jié)，可以避免閂鎖效應(yīng)，抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢。然而，由于SOI MOSFET器件隱埋氧化層的熱導(dǎo)率較差，使得器件溝道區(qū)晶格溫度上升，從而導(dǎo)致器件開態(tài)漏端電流下降。加速壽命試驗(yàn)的基本思想是利用高應(yīng)力下的壽命特征去外推斷正常應(yīng)力水平下的壽命特征。實(shí)現(xiàn)這個(gè)基本思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，即加速模型。在傳統(tǒng)的應(yīng)力加速過程中，所加的應(yīng)力條件為DC(直流)電壓，對應(yīng)的TTF(time tofailure)被用來預(yù)測該器件應(yīng)用于數(shù)字和模擬電路中的壽命。然而用這種方法對在實(shí)際工作的邏輯電路或AC的模擬電路預(yù)測有很大的誤差，緣由自熱效應(yīng)的產(chǎn)生與工作電路的頻率相關(guān)，工作頻率越大，器件的熱響應(yīng)還來不及建立信號(hào)就已經(jīng)傳導(dǎo)出去，而工作頻率越小，自熱效應(yīng)也就越嚴(yán)重。所以，基于高應(yīng)力下的壽命預(yù)測在數(shù)字電路中應(yīng)當(dāng)去除自熱效應(yīng)對壽命的影響，從而得到精確的SOI MOSFET器件可靠性壽命值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種主要針對同一批工藝下SOI MOSFET器件在不同偏置條件下因產(chǎn)生自熱溫度不同進(jìn)行的自熱修正后的可靠性壽命預(yù)測方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下一種預(yù)測SOI MOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，包括如下步驟a)在不同的測試臺(tái)(wafer)溫度Twafw下測量SOI MOSFET器件柵電阻隨溫度變化關(guān)系，得到電阻溫度關(guān)系系數(shù)a以及在不同偏置條件下的自熱溫度Tsh，并在存在自熱效應(yīng)下測得襯底電流ISUb,Sh和漏端電流Id, Sh ；b)在不同的wafer溫度Twafe,下對SOI MOSFET器件進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，得到表征器件壽命的參數(shù)隨著應(yīng)力時(shí)間的退化關(guān)系，以及該參數(shù)退化至10%時(shí)的存在自熱影響的壽命 Tsh；c)利用測得的自熱溫度和阿倫尼斯(Arrhenius)模型(如公式I)對測得的器件壽命進(jìn)行自熱修正，得到去除自熱影響后的壽命T non_sh ;
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測SOI MOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，包括如下步驟 a)在不同的測試臺(tái)(wafer)溫度Twafw下測量SOIMOSFET器件柵電阻隨溫度變化關(guān)系，得到電阻溫度關(guān)系系數(shù)a以及在不同偏置條件下的自熱溫度Tsh，并在存在自熱效應(yīng)下測得襯底電流Isub, sh和漏端電流Id, sh ; b)在不同的wafer溫度Twafe,下對S0M0SFET器件進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，得到表征器件壽命的參數(shù)隨著應(yīng)力時(shí)間的退化關(guān)系，以及該參數(shù)退化至10%時(shí)的存在自熱影響的壽命T Sh ； C)利用測得的自熱溫度和阿倫尼斯模型(如公式I)對測得的器件壽命進(jìn)行自熱修正，得到去除自熱影響后的壽命T non_sh ；
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)測SOIMOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述的測量SOI MOSFET器件柵電阻隨溫度變化關(guān)系的步驟如下 i)對于五端SOI MOSFET器件，在一條柵的兩端分別打上接觸孔，測試柵電阻時(shí)分別接上電壓Vgl和Vg2，為了排除柵隧穿電流對監(jiān)測柵電流Igl和Ig2的影響，測試電壓Vgl =Vg+A Vg, Vg2 = Vg-AVg，其中Vg為柵上所加的應(yīng)力偏壓，分別取不同的AVg測得柵電流Igli 和 Ig2i (i = 1，2，3， ，n)，同時(shí) Rgi = 4 A Vgi/ (IglJlgZi)，其中 Rgi 為第 i 次測量的電阻，最后得到在一定溫度和一定偏壓下的柵電阻
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)測SOIMOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述可靠性測試應(yīng)力為熱電子注入應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)測SOIMOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，步驟b)中所述表征器件壽命的參數(shù)為最大跨導(dǎo)值Gm _或飽和漏端電流Idsat。
5.如權(quán)利要求2所述的預(yù)測SOIMOSFET器件可靠性壽命的方法，其特征在于，步驟i)中，Vg的取值遠(yuǎn)大于AVg，八％取值小于5011^。
全文摘要
一種預(yù)測SOI MOSFET器件可靠性壽命的方法。在不同的測試臺(tái)溫度下測量SOI MOSFET器件柵電阻隨溫度變化關(guān)系；在不同的測試臺(tái)溫度下對SOI MOSFET器件進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，得到表征器件壽命的參數(shù)隨著應(yīng)力時(shí)間的退化關(guān)系，以及該參數(shù)退化至10％時(shí)的存在自熱影響的壽命；利用測得的自熱溫度和阿倫尼斯模型對測得的器件壽命進(jìn)行自熱修正，得到不含自熱溫度對壽命影響的本征壽命；對自熱引起的漏端電流變化進(jìn)行自熱修正；對熱載流子引起的碰撞電離率進(jìn)行自熱修正；對偏置條件下SOI MOSFET器件的工作壽命進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明除去了在實(shí)際的邏輯電路或AC的模擬電路中SOI MOSFET器件不會(huì)存在自熱效應(yīng)對壽命預(yù)測的影響，使得預(yù)測的結(jié)果更加精確。
文檔編號(hào)G01R31/26GK103063995SQ20111032263
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者黃如, 楊東, 安霞, 張興 申請人:北京大學(xué)