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专利名称：热载流子注入退化性能的评估方法
技术领域：
本发明属于半导体器件领域，具体地说，涉及一种热载流子注入退化性能的评估方法。
背景技术：
随着半导体制作工艺的发展，已进入深亚微米时代，半导体MOS器件本身的可靠性与IC芯片性能和使用寿命关系越来越紧密。在半导体器件的制造过程中，热载流子注入(hot carrier injection , HCI)是影响半导体MOS器件性能的重要因素,其会直接引起半导体MOS器件性能的退化，比如阈值电压Vt的漂移、饱和漏电流Idsat的下降，因此热载流子注入成为了 MOS器件可靠性测试的一项重要指标。现有技术中，热载流子的计算方法是在直流信号下进行的，其具体过程可简要概述为将待测器件的栅和漏端分别加载一个高于工作电压的直流信号，并每隔一段时间测量该器件的电性能，如饱和漏电流Idsat、阈值电压Vt等，计算其退化量，计算该半导体MOS器件的电性能退化量，从而得到该器件的热载流子退化性能，作为半导体MOS器件可靠性的计算标准。但是，由于半导体MOS器件在实际工作中是处于交流电压信号状态下，而在用热载流子退化性能计算期可靠性时，却是基于直流信号的计算方法，因此导致获得计算结果并不能准确的反应半导体MOS器件的可靠性。另外，如果在计算时，直接在半导体MOS器件上加载与实际情况相符的交流电压信号，则会造成交流频率过快，电性能退化量太小而无法测出的情况。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热载流子注入退化性能的评估方法，用以提高现有技术中计算方法的可靠性，以及避免现有技术中如果基于交流电压信号进行计算导致的无法测出退化性能的情况。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热载流子注入退化性能的评估方法，该方法包括
步骤I、在一半导体MOS器件的漏端、源端分别加载对应的漏端电压、源端电压；并依次从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中选择一份交流电压信号加载到半导体MOS器件的栅端并保持预定加载时长；
步骤2、在预定加载时长之后，去除漏端、源端、栅端分别加载对应的漏端电压、源端电压以及加载的栅端电压，测量半导体MOS器件的实时电性能参数；
步骤3，在所述预定加载时长内，遍历从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中的每一份交流电压信号，根据所述实时电性能参数获得每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量；
步骤4、选择与所述半导体MOS器件同型号的至少另外两个半导体MOS器件，并针对每个半导体MOS器件分别在不同的所述预定加载时长内重复上述步骤1-3，获得至少另外两个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量；
步骤5、根据预定加载时长以及至少三个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量，计算所述型号半导体MOS器件的电性能退化量。与现有的方案相比，通过使用交流电压信号，并将该将交流电压信号均分为若干份，在每一份交流电压信号测得对应的实时电性能参数以及对应的电性能参数退化分量，据此统计不同加载时长内的电性能参数退化分量以进行拟合，得到拟合结果，从而完成计算半导体MOS器件的电性能退化量，提高了现有技术中计算方法的可靠性。



图I为本发明实施例热载流子注入退化性能的评估方法；
图2为上述本发明实施例一具体应用场景中使用的交流电压信号；
图3为三条拟合幂函数的示意图。
具体实施例方式以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本发明的下述实施例中，通过使用交流电压信号，并将该将交流电压信号均分为若干份，在每一份交流电压信号测得对应的实时电性能参数以及对应的电性能参数退化分量，据此统计不同加载时长下的电性能参数退化分量以进行拟合，得到拟合结果，从而完成计算半导体MOS器件的电性能退化量。图I为本发明实施例热载流子注入退化性能的评估方法，如图I所示，计算方法包括
步骤101、在一半导体MOS器件的漏端、源端分别加载对应的漏端电压、源端电压；并依次从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中选择一份交流电压信号加载到半导体MOS器件的栅端并保持预定加载时长；
本实施例中，所述漏端加载的漏端电压可以但不局限于为漏端恒定电压。具体地，所述漏端恒定电压可以为半导体MOS器件的工作电压。所述漏端所述漏端恒定电压也可以为至少I. I倍的半导体MOS器件的工作电压。本实施例中，所述源端加载的源端电压可以但不局限于为0V，比如通过接地来实现。本实施例中，所述交流电压信号可为梯形波、正弦波或三角波。该交流交流电压信号并不局限于这几种形式，可以根据器件在实际工作状态需要的信号来进行任意选择，t匕如为上述这几种波形的某一种，也可以为上述这几种波形的任意合成。步骤102、在预定加载时长之后，去除漏端、源端、栅端分别加载对应的漏端电压、源端电压以及加载的栅端电压，测量半导体MOS器件的实时电性能参数；
本实施例中，所述预定加载时长可以但不局限于为10秒至100秒。对于本领域普通技术人员来说，也可以半导体MOS器件的属性参数灵活设置其他预定加载时长。在加载时长更新时，更新后的预定加载时长可以但不局限于为10秒至100秒。
本实施例中，所述实时电性能参数可以包括但不局限于漏饱和电流、漏线性区电流、阈值电压中的任意一种或多种的组合。步骤103，在所述预定加载时长内，并遍历从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中的每一份交流电压信号，根据所述实时电性能参数获得每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量；
本实施例中，所述步骤103中，包括但不局限于根据公式AM= (M-MtlVMtl计算出每一份交流电压信号下的电性能退化分量，M为每一份交流电压信号下实时电性能参数，MO为初始电性能参数。步骤104、选择与所述半导体MOS器件同型号的至少另外两个半导体MOS器件， 并针对每个半导体MOS器件分别在不同的所述预定加载时长内重复上述步骤101-103，获得至少另外两个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量；
本实施例中，所谓不同的预定加载时长，即对于同一型号下的参与测试的不同半导体MOS器件之间在加载的交流电压信号持续作用的时间上不同，详细可参见下述具体应用实例。步骤105、根据预定加载时长以及至少三个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量，计算所述型号半导体MOS器件的电性能退化量。本实施例中，所述步骤105中，具体可以但不限于包括
首先，统计同一预定加载时长得到的电性能参数退化分量；
其次，拟合所述电性能参数退化量与预定加载时长的函数关系，并利用该函数关系推算所述半导体MOS器件在实际工作频率时间下的电性能参数退化量。在另外一实施例中，所述步骤105中，具体也可以但不限于包括
首先，统计同一预定加载时长得到的电性能参数退化分量；
其次，拟合所述电性能参数退化量与预定加载时长的函数关系，并利用该函数关系推算所述半导体MOS器件在任意工作频率时间下的电性能参数退化量。为了更为精确进行拟合，本实施例中，所述函数关系可以但不局限于为幂函数关系O在上述实施例中，在步骤105之前可以执行测量半导体MOS器件的初始电性能参数。图2为上述本发明实施例一具体应用场景中使用的交流电压信号，如图2所示，假如在O. 5um工艺下制备而得的栅端电压即工作电压为5v的nmos器件，其实际工作状态的工作信号为三角波，该三角波的幅值位于0飞.6V，按照上述计算方法，对该三角波均分为28等份，分比为VO >27，每一份交流电压信号之间的大小差为O. 5V，即后一份交流电压信号比前一份交流电压信号上升O. 5V。选择漏端恒定电压Vd=6. 6v，从VO=Ov加载Is开始，测得实时电性能参数，依次类图，νΓ V27，加载ls，共获得28份实时电性能参数以及针对每份交流电压信号的电性能参数退化分量，如表I所示，Id, Iin表示漏线性区电流，Λ Idlin表示漏线性区电流退化量，Vt (mV)表示阈值电压，Δ vth表示阈值电压退化量，Id, sat表示漏饱和电流，Δ Idsat表示漏饱和电流退化量。表I 28份实时电性能参数以及针对每份交流电压信号的电性能退化量
权利要求
1.一种热载流子注入退化性能的评估方法，其特征在于，包括 步骤I、在一半导体MOS器件的漏端、源端分别加载对应的漏端电压、源端电压；并依次从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中选择一份交流电压信号加载到半导体MOS器件的栅端并保持一预定加载时长； 步骤2、在预定加载时长之后，去除漏端、源端、栅端分别加载对应的漏端电压、源端电压以及加载的栅端电压，测量半导体MOS器件的实时电性能参数； 步骤3，在所述预定加载时长内，遍历从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中的每一份交流电压信号，根据所述实时电性能参数获得每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量； 步骤4、选择与所述半导体MOS器件同型号的至少另外两个半导体MOS器件，并针对每个半导体MOS器件分别在不同的所述预定加载时长内重复上述步骤1-3，获得至少另外两个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量； 步骤5、根据预定加载时长以及至少三个半导体MOS器件在每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量，计算所述型号半导体MOS器件的电性能退化量。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述漏端加载的漏端电压为漏端恒定电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述漏端恒定电压为半导体MOS器件的工作电压。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述漏端恒定电压为至少I.I倍的半导体MOS器件的工作电压。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述源端加载的源端电压为0V。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述交流电压信号为梯形波、正弦波、三角波中的任意一种或多种的组合。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤I之前还包括 测量半导体MOS器件的初始电性能参数。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述预定加载时长为10秒至100秒。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述实时电性能参数包括漏饱和电流、漏线性区电流、阈值电压中的任意一种或多种的组合。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，根据公式AM=(M-M0) /Mtl计算出每一份交流电压信号下的电性能退化分量，M为每一份交流电压信号下实时电性能参数，MO为初始电性能参数。
11.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，还包括 统计同一预定加载时长得到的电性能参数退化分量； 拟合所述电性能参数退化量与预定加载时长的函数关系，并利用该函数关系推算所述半导体MOS器件在实际工作频率时间下的电性能参数退化量。
12.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，还包括 统计同一预定加载时长得到的电性能参数退化分量； 拟合所述电性能参数退化量与预定加载时长的函数关系，并利用该函数关系推算所述半导体MOS器件在任意工作频率时间下的电性能参数退化量。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述函数关系为幂函数关系。
全文摘要
本发明公开了一种热载流子注入退化性能的评估方法。所述方法包括在一半导体MOS器件的漏端、源端分别加载对应的漏端电压、源端电压，并依次从交流电压信号被均分形成的多份交流电压信号中选择一份交流电压信号加载到半导体MOS器件的栅端并保持预定加载时长，从而获得每一份交流电压信号下的电性能参数退化分量；选择与所述半导体MOS器件同型号的至少另外两个半导体MOS器件，重复上述步骤，以计算所述型号半导体MOS器件的电性能退化量。与现有的方案相比，通过使用交流电压信号完成计算半导体MOS器件的电性能退化量。
文档编号G01R31/26GK102890230SQ201210405328
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者唐逸, 周伟, 张悦强 申请人:上海集成电路研发中心有限公司