專利名稱：一種判斷mos器件性能退化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MOS器件測試領(lǐng)域，尤其涉及一種判斷MOS器件性能退化的 方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的發(fā)展，MOS器件的特征尺寸也不斷在減小，現(xiàn)已縮小到亞 微米和深亞微米，且向超深亞微米發(fā)展。但在MOS器件尺寸等比例縮小的同時， MOS器件工作電壓并未隨之等比例減小，使得MOS器件中MOS管溝道熱載流 子(hot-carrier injection: HCI)的形成幾率大大增加，并在硅和二氧化硅界面產(chǎn) 生界面態(tài)，或凈皮柵極氧化層中的電荷陷阱俘獲，導(dǎo)致MOS器件，如閾值電壓 (Vth)、最大跨導(dǎo)(Gmmax)和線性區(qū)漏電流(Idlin)及飽和區(qū)漏電流(Idsat)的退 化增加。HCI造成的損傷是MOS器件可靠性失效的重要影響因素，也是引起 MOS器件性能的各電學(xué)參數(shù)退化的重要原因。準確判斷MOS器件性能隨時間 劣化的過程至關(guān)重要，它影響到集成電路的可靠性和工作壽命。目前判斷MOS 器件性能退化的方法主要是先根據(jù)JEDEC標準，在相同加載電壓下記錄不同電 壓加載時間下所測試的MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的退化幅度，然后采用加州大學(xué) 伯克利分校的胡正明教授的Hu模型硅/二氧化硅界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù)函 數(shù)擬合，得到計算MOS器件電學(xué)參數(shù)衰退幅度隨時間變化的具體計算式，這樣 就可根據(jù)具體計算式對所測試的MOS器件性能退化作判斷。
然而在具體的測試中，隨著電壓加速器件劣化的時間延長，器件性能的退 化幅度會趨向飽和趨勢，這樣單純采用硅/二氧化硅界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù) 函數(shù)擬合MOS器件性能隨時間的退化規(guī)律存在擬合精度不高。雖然可通過采樣 加速測試后期長時間的數(shù)據(jù)點進行擬合來提高精度，但是不同的工作人員會選 用不同的測試數(shù)據(jù)點這樣使得最終得到的具體計算式不同，從而增加了最后判 斷結(jié)果的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種判斷MOS器件性能退化的方法，以解決傳統(tǒng)判 斷MOS器件性能退化方法中存在擬合精度不高的問題以及為提高擬合精度而導(dǎo) 致的判斷結(jié)果不確定性問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的一種判斷MOS器件性能退化的方法，該MOS 器件基于硅和二氧化硅材料制作，它包括以下步驟步驟l:基于JEDEC標準， 測試MOS器件不同電壓加載時間下MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值；步 驟2:采用描述硅和氧化硅之間界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù)函數(shù)與描述注入電荷 在氧化硅中隨時間變化的對數(shù)函數(shù)以及常數(shù)項之和作為判斷式擬合步驟1測得 MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值隨時間變化^L律；步驟3:確定所述判斷 式中冪指數(shù)函數(shù)的系數(shù)以及指數(shù)具體數(shù)值和描述注入電荷在氧化硅中變化函數(shù) 的系數(shù)的具體值以及常數(shù)項的具體值；步驟4:依據(jù)步驟3得出測試的MOS器 件性能電學(xué)參數(shù)衰退幅度隨時間變化的具體判斷式來判斷MOS器件性能的電學(xué) 參數(shù)隨時間變化的衰退量。具體地，步驟2中描述注入電荷在氧化硅中隨時間 變化的函數(shù)采用時間的自然對數(shù)函數(shù)描述。MOS器件性能電學(xué)參數(shù)包括MOS 器件的飽和電流、線性漏電流和最大跨導(dǎo)。
與現(xiàn)有判斷MOS器件性能退化的方法相比，本發(fā)明的判斷MOS器件性能 退化的方法，通過采用描述硅和氧化硅之間界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù)函數(shù)與 描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的函數(shù)以及常數(shù)項之和擬合步驟1測得 MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值隨時間變化規(guī)律，使得電學(xué)參數(shù)衰退幅度
幅度值隨時間變化規(guī)律，從而提高了判斷結(jié)果的精度及其準確性。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的判斷MOS器件性能退化的方法作進 一步詳細具體地描述。


圖1是傳統(tǒng)判斷MOS器件飽和漏電流隨時間退化方法示意圖。 圖2是本發(fā)明判斷MOS器件飽和漏電流隨時間退化方法示意圖。 圖3是傳統(tǒng)判斷MOS器件線性漏電流隨時間退化方法示意圖。圖4是本發(fā)明判斷MOS器件線性漏電流隨時間退化方法示意圖。 圖5是傳統(tǒng)判斷MOS器件最大跨導(dǎo)隨時間退化方法示意圖。 圖6是本發(fā)明判斷MOS器件最大跨導(dǎo)隨時間退化方法示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的判斷MOS器件性能退化的方法，首先進行步驟1:基于JEDEC 標準，測試MOS器件不同電壓加載時間下MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度 值?；跓彷d流子注入測試方法，漏端加載電壓為Vddx(l+10%)， 4冊加載的電 壓為襯底電流最大情況下的柵電壓，源和襯底均接地。測試時間間隔為10s、20s、 50s、 100s、 200s、 500s、 1000s、 2000s、 5000s，按照如上所述時間間隔測試MOS 器件性能電學(xué)參數(shù)，這樣就可測得每次測量到的MOS器件電學(xué)參數(shù)值相對初始 測得的電學(xué)參數(shù)值所下降的幅度。本實施例中測試的MOS器件的電學(xué)參數(shù)為漏 端飽和電流I^t。步驟2:采用描述硅和氧化硅之間界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù) 函數(shù)與描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的函數(shù)以及常數(shù)項之和擬合步驟1 測得MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值隨時間變化規(guī)律。具體地，步驟2中 描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的函數(shù)采用時間的自然對數(shù)函數(shù)描述。這 樣步驟2中擬合MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值隨時間變化規(guī)律的判斷式 為以下公式
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，Pt為t時刻測得的MOS器件電學(xué)參數(shù)值，P為初始測得的MOS器件電學(xué) 參數(shù)值，P代表的電學(xué)參數(shù)包括MOS器件的飽和區(qū)漏電流I^t、線性區(qū)漏電流 I他和最大跨導(dǎo)G,ax。 A為冪指數(shù)函數(shù)的系數(shù)，n為冪指數(shù)函數(shù)的指數(shù)，B為自 然對數(shù)函數(shù)的系數(shù)，C為常數(shù)項。步驟3:根據(jù)步驟1測得的電學(xué)參數(shù)衰退幅度 數(shù)據(jù)，利用判斷式(1)進行擬和，確定冪指數(shù)函數(shù)的系數(shù)A以及指數(shù)具體數(shù)值 n和描述注入電荷在氧化硅中變化函數(shù)的系數(shù)的具體值B以及常數(shù)項C的具體 值；步驟4:依據(jù)步驟3得出測試的MOS器件性能電學(xué)參數(shù)衰退幅度隨時間變 化的具體判斷式(1)的具體表達式來判斷MOS器件性能的電學(xué)參數(shù)隨時間變 化的衰退量。這樣就可估算出一定時間下，MOS器件電學(xué)參數(shù)的衰退量。
以MOS器件電學(xué)參數(shù)飽和區(qū)漏電流Idsat為例，采用傳統(tǒng)判斷MOS器件性能退化方法，擬和MOS器件飽和區(qū)Idw退化規(guī)律的判斷式的曲線請參閱圖1中 曲線。同樣以MOS器件電學(xué)參數(shù)飽和區(qū)漏電流Idsat為例，本發(fā)明的判斷MOS 器件退化方法，擬合MOS器件飽和區(qū)漏電流Itot退化規(guī)律的判斷式的曲線請參 閱圖2中曲線。圖1和圖2中圓圈所示為測試出MOS器件電學(xué)參數(shù)飽和區(qū)漏電 流Id誠衰退幅度數(shù)據(jù)，采用常用的數(shù)值計算方法或數(shù)值計算軟件確定傳統(tǒng)判斷方 法中判斷式曲線的具體表達式的系數(shù)、指數(shù)和本發(fā)明判斷方法用于判斷MOS器 件電學(xué)參數(shù)飽和區(qū)漏電流衰退幅度的判斷式曲線的具體表達式中各項系數(shù)、指 數(shù)及常數(shù)。傳統(tǒng)判斷方法擬合出圖1中的曲線具體表達式為
U( =1.246*,腿 (2)
而采用本發(fā)明判斷MOS器件性能退化方法擬合出圖2中曲線的具體表達式為
_ 7' x 100% = 0.002797 * ,5 + 0.8182 * ln卜0.4801 ( 3 )
對比圖1和圖2，可看出采用具體表達式(3)對測試凝:據(jù)的擬和度明顯高于具 體表達式(2)，更好的擬合了 MOS器件性能隨熱載流子注入性能退化趨勢。采 用判斷式(1)對測試MOS器件的電學(xué)參數(shù)衰退幅度進行擬合精確度和準確度 明顯高于傳統(tǒng)判斷式進行擬合的結(jié)果。同理，對其它MOS器件電學(xué)參數(shù)的判斷， 例如線性漏電流和最大跨導(dǎo)退化的判斷，可采用相同的判斷MOS器件性能退化 方法進行判斷。判斷式(1)中P替換成測試的MOS器件電學(xué)參數(shù)具體值，Pt 替換成所測試的MOS器件t時刻測試的電學(xué)參數(shù)具體值即可。
對比圖3和圖4，圖3和圖4圓圈代表測試出的MOS器件電學(xué)參數(shù)線性漏 電流I咖數(shù)據(jù)，圖3是依據(jù)傳統(tǒng)判斷方法對測試出的線性漏電流I倫衰退幅度數(shù) 據(jù)進行擬合，圖4是采用本發(fā)明的判斷MOS器件性能退化方法依據(jù)線性漏電流 Un數(shù)據(jù)采用判斷式(1)進行擬合。對比圖3和圖4可明顯看出本發(fā)明的判斷 方法相對傳統(tǒng)的判斷方法在判斷線性漏電流Idlin衰退幅度變化的趨勢更為準確。 對比圖4和圖5,圖4和圖5中圓圈代表測試出的電學(xué)參數(shù)最大跨導(dǎo)Gm衰退幅 度數(shù)據(jù)，圖4和圖5分別是采用傳統(tǒng)判斷方法和本發(fā)明的判斷方法進行判斷所 測試的MOS器件電學(xué)參數(shù)最大跨導(dǎo)Gm衰退幅度變化趨勢，從對比圖4和圖5
判斷式曲線擬合最大跨導(dǎo)Gmmax衰退幅度數(shù)據(jù)結(jié)果可看出，本發(fā)明的判斷方法判 斷最大跨導(dǎo)G皿ax衰退幅度變化趨勢更為準確。圖3和圖4中判斷式曲線的各項
系數(shù)及常數(shù)項的具體值可通過常用的數(shù)值計算方法得出或數(shù)值計算軟件完成，因此不在這具體列舉各項系數(shù)、指數(shù)及常數(shù)項具體值，同理圖5和圖6判斷式 的各項系數(shù)、指數(shù)及常數(shù)項具體值也可采用常用的數(shù)值計算方法確定或數(shù)值計 算軟件完成，因此不在這具體列舉各項系數(shù)、指數(shù)及常數(shù)項具體值。
由圖1和2的對比結(jié)果，圖3和圖4的對比結(jié)果和圖5和圖6的對比結(jié)果 可明顯看出本發(fā)明的判斷MOS器件性能退化方法在判斷MOS器件電學(xué)參數(shù)， 例如飽和區(qū)漏電流，線性漏電流或最大跨導(dǎo)時，能更準確地判斷電學(xué)參數(shù)的衰 退幅度變化趨勢，提高判斷結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性。因此，在利用判斷式(l) 的具體表達式對測試的MOS器件的電學(xué)參數(shù)隨時間變化的規(guī)律作判斷時會有更 高的準確性和精確性，可有效解決傳統(tǒng)判斷MOS器件性能退化方法中存在擬合 精度不高的問題以及為提高擬合精度而導(dǎo)致的判斷結(jié)果不確定性問題。
權(quán)利要求
1、一種判斷MOS器件性能退化的方法，所述MOS器件基于硅和二氧化硅材料制作，其特征在于，它包括以下步驟步驟1基于JEDEC標準，測試MOS器件不同電壓加載時間下MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值；步驟2采用描述硅和氧化硅之間界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù)函數(shù)與描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的函數(shù)以及常數(shù)項之和作為判斷式擬合步驟1測得MOS器件性能電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值隨時間變化規(guī)律；步驟3確定步驟2中所述判斷式中冪指數(shù)函數(shù)的系數(shù)以及指數(shù)具體數(shù)值和描述注入電荷在氧化硅中變化函數(shù)的系數(shù)的具體值以及常數(shù)項的具體值；步驟4依據(jù)步驟3得出的測試MOS器件性能電學(xué)參數(shù)衰退幅度隨時間變化的具體判斷式來判斷MOS器件性能的電學(xué)參數(shù)隨時間變化的衰退量。
2、 如權(quán)利要求l所述判斷MOS器件性能退化的方法，其特征在于，所述步驟2 中描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的函數(shù)采用時間的自然對數(shù)函數(shù)描述。
3、 如權(quán)利要求l所述判斷MOS器件性能退化的方法，其特征在于，所述MOS 器件性能電學(xué)參數(shù)包括MOS器件的飽和區(qū)漏電流、線性區(qū)漏電流和最大跨導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種判斷MOS器件性能退化的方法，它包括以下步驟1測試MOS器件不同電壓加載時間電學(xué)參數(shù)的衰退幅度值；2采用描述硅和氧化硅之間界面態(tài)隨時間變化的冪指數(shù)函數(shù)與描述注入電荷在氧化硅中隨時間變化的對數(shù)函數(shù)以及常數(shù)項之和作為判斷式擬合電學(xué)參數(shù)衰退幅度值的變化規(guī)律；3得出步驟2中冪指數(shù)函數(shù)的系數(shù)以及指數(shù)具體數(shù)值和描述注入電荷在氧化硅中變化函數(shù)的系數(shù)的具體值以及常數(shù)項的具體值；4依據(jù)具體判斷式來判斷測試的MOS器件電學(xué)參數(shù)隨時間變化的衰退量。其中，描述注入電荷在氧化硅中變化的函數(shù)為時間對數(shù)函數(shù)。本發(fā)明方法可有效提高對MOS器件性能電學(xué)參數(shù)衰退幅度變化的判斷結(jié)果準確性和穩(wěn)定性。
文檔編號G01R31/28GK101303390SQ20081003940
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者萬星拱 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司