本发明涉及半导体,特别涉及一种半导体器件性能退化的测试方法及系统。
背景技术:
1、偏压高温不稳定性(bias temperature instability,bti)和热载流子注入(hotcarrier injection,hci)是一种广泛应用于半导体可靠性性能表征的测试方法,其表征的是场效应管(mosfet)在温度和电压影响下的器件性能退化。
2、参图1所示,图1为传统的hci和bti测试时,在mosfet结构上施加持续不变的漏极和栅极电压(constantvoltage stress,cvs)的示意图,并持续监控器件参数(如电压,电流等)的退化,以电压vt为例,记录一系列时间节点的vt退化值,并计算出vt退化到某一定值(如50mv)的失效时间。一般会施加三个不同的漏极电压,每个电压测试多于5个样品,记录下每个电压每个样品的失效时间。
3、三个cvs电压测试完成后,根据一定的失效模型,一般为power law模型,即失效时间tbd=a*vd^(-n),拟合出电压加速因子m值,去推算在正常使用电压vuse条件下的失效时间tbd_use。这时的失效时间tbd_use为按照对数正态分布的t50_use。所有失效样品按照对数正态分布拟合出其分布的σ值,再完成t50_use到t0.1_use的转换,t0.1_use即为最终的试失效时间用以判定器件的失效。一般一个结构测试由于cvs失效时间较长,整个测试测完平均需要耗费2~3天,测试耗时较长。
4、需要说明的是,公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种半导体器件性能退化的测试方法及系统,以解决在测试半导体器件性能退化的失效时间时,耗时较长的问题。
2、为解决上述技术问题,本发明提供一种半导体器件性能退化的测试方法,包括:
3、采用不同的电压提升速率测量多组台阶电压数据,并对测量数据进行对数正太分布拟合,得到不同电压提升速率下某固定电压下的第一阈值电压偏移;
4、基于所述第一阈值电压偏移和电压提升速率,以获取时间因子;
5、基于所述第一阈值电压偏移与不同施加电压,以获取电压加速因子;
6、获取某一个施加电压下第二阈值电压偏移,计算第二阈值电压偏移的对数正太分布值布σ1,并基于σ1获取失效时间对数正太分布σ2;
7、基于所述时间因子、电压加速因子和σ2获取半导体器件的失效时间。
8、优选地,所述基于所述第一阈值电压偏移和电压提升速率,以获取时间因子包括:
9、将所述第一阈值电压偏移和不同的电压提升速率做线性拟合,获取线性拟合的斜率,则该斜率即为时间因子n。
10、优选地,所述基于所述第一阈值电压偏移与不同施加电压,以获取电压加速因子包括:
11、建立所述第一阈值电压偏移与不同施加电压的函数关系,所述函数关系的斜率与时间因子的差值为电压加速因子m,即,s=m+n,其中s为函数关系的斜率,m为电压加速因子,n为时间因子。
12、优选地,所述建立所述阈值电压偏移与不同施加电压的函数关系为:
13、其中,δvt(rr,vg)为阈值电压偏移,vg为施加的电压,rr为电压提升速率,m为电压加速因子,n为时间因子,a为常数。
14、优选地,所述基于σ1获取失效时间对数正太分布σ2包括:
15、其中,n为时间因子。
16、优选地,所述基于所述时间因子、电压加速因子和σ2获取半导体器件的失效时间包括:
17、利用电压加速因子和σ2拟合power law模型,以获取半导体器件的失效时间。
18、优选地,所述电压为栅极电压。
19、优选地,所述电压为漏级电压。
20、优选地,所述多组台阶电压为正电压,或负电压。
21、基于相同的发明思想,本发明还提供了一种半导体器件性能退化的测试系统,包括:
22、获取模块,用于采用不同的电压提升速率测量多组台阶电压数据,并对测量数据进行对数正太分布拟合,得到不同电压提升速率下某固定电压下的第一阈值电压偏移;
23、处理模块,用于基于所述第一阈值电压偏移和电压提升速率,以获取时间因子;基于所述第一阈值电压偏移与不同施加电压,以获取电压加速因子;获取某一个施加电压下第二阈值电压偏移,计算第二阈值电压偏移的对数正太分布值布σ1,并基于σ1获取失效时间对数正太分布σ2;基于所述时间因子、电压加速因子和σ2获取半导体器件的失效时间。
24、与现有技术相比,本发明的半导体器件性能退化的测试方法具有如下优点:
25、本发明通过采用不同的电压提升速率测量多组台阶电压数据,并对测量数据进行对数正太分布拟合,得到不同电压提升速率下某固定电压下的第一阈值电压偏移。基于所述第一阈值电压偏移和电压提升速率,以获取时间因子。基于所述第一阈值电压偏移与不同施加电压,以获取电压加速因子。获取某一个施加电压下第二阈值电压偏移,计算第二阈值电压偏移的对数正太分布值布σ1,并基于σ1获取失效时间对数正太分布σ2。基于所述时间因子、电压加速因子和σ2获取半导体器件的失效时间。本发明的半导体器件性能退化的测试方法,通过在mosfet结构上施加持续不变的漏极和栅极电压更改为采用不同的电压提升速率测量多组台阶电压数据,并进行数据拟合,获取时间因子、电压加速因子和失效时间对数正太分布σ2,从而获取半导体器件的失效时间,整个测试时间为2-3小时,大大缩短了半导体器件的hci和bti测试时间,节省了测试资源与时间。
26、本发明提供的半导体器件性能退化的测试系统与本发明提供的半导体器件性能退化的测试方法属于同一发明构思,因此,本发明提供的半导体器件性能退化的测试系统至少具有本发明提供的半导体器件性能退化的测试方法的所有优点,能够大大缩短了半导体器件的hci和bti测试时间,节省了测试资源与时间。
1.一种半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述基于所述第一阈值电压偏移和电压提升速率,以获取时间因子包括:
3.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述基于所述第一阈值电压偏移与不同施加电压,以获取电压加速因子包括:
4.根据权利要求3所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述建立所述阈值电压偏移与不同施加电压的函数关系为:
5.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述基于σ1获取失效时间对数正太分布σ2包括:
6.根据权利要求4所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述基于所述时间因子、电压加速因子和σ2获取半导体器件的失效时间包括:
7.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述电压为栅极电压。
8.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述电压为漏级电压。
9.根据权利要求1所述的半导体器件性能退化的测试方法,其特征在于,所述多组台阶电压为正电压,或负电压。
10.一种半导体器件性能退化的测试系统,其特征在于,包括: