[发明专利]阈值电压测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及阈值电压测量方法及系统。

背景技术

随着集成电路芯片集成的半导体器件数目增加及芯片采用的时钟速度提 高，半导体器件的几何尺寸不断缩减，这就要求不断改进芯片的制造工艺。

制造工艺的改进对单个器件的寿命影响很大，例如制造的器件寿命达100 年的工艺，为满足几何尺寸缩减而进行工艺改进后，制造的器件寿命可能不到 10年。由于器件寿命的微小变化就可能带来整个芯片产品的彻底失败，因此伴 随着制造工艺的不断改进，器件寿命受影响程度日益提高，半导体器件寿命的 测试受到业界日益关注。

由于半导体器件的寿命一般是以年来计算，因此通常需要采用加速应力测 试技术加速器件寿命降低来测量正常工作条件下器件的寿命，其原理通常为： 将器件处于应力过载状态下，然后测量可以衡量器件性能降低的阈值电压或其 它关键参数，再根据测量出的关键参数推算器件寿命。

负偏压温度不稳定性(NBIT，Negative Bias Temperature Instability)测试是 一种常见的加速应力测试技术。其中NBTI通常指P型金属-氧化物-半导体 (PMOS，P-Metal-Oxide-Semiconductor)器件的阈值电压(V_t，Voltage)随着时 间偏移的现象，该偏移可能导致器件运行速度降低及漏电增大等问题。

NBTI测试过程通常包括：首先在器件栅极(Gate)上连接加速电压以对器 件施加应力，然后在所有阈值测量时间点分别进行如下操作：

断开连接的加速电压以撤销施加的应力；

测量器件的阈值电压；然后

重新连接加速电压以对器件继续施加应力；

其中在阈值测量时间点测量阈值电压的现有方案为：

将一系列测试电压V_g依次连接至器件栅极上，并测量出各个测试电压对应 的器件漏电流I_d，从而得到一系列的I_d～V_g对应关系数据，最后计算出阈值电压。 其中所述一系列测试电压称为扫描栅电压，本文涉及的扫描栅电压均指一系列 测试电压，而非单个测试电压。

由于上述方案在每次撤销应力测量阈值电压时，均需要在Gate上连接扫描 栅电压，并测量出各个测试电压V_g对应的漏电流I_d，因此采用该方案测量阈值 电压耗费的时间较长。

在施加一段时间应力再撤销后，器件的阈值电压将逐渐向施加应力前的初 始值恢复，称为NBTI恢复效应。若测量阈值电压的时间较长，则由于NBTI恢 复效应的存在，测量出的阈值电压值将是恢复了一定幅度的阈值电压，与应力 影响下的实际阈值电压值有偏移，使得NBTI测试的误差较大，降低NBTI测试 的准确性。

发明内容

本发明提供阈值电压测量方法及系统，以提高测量的阈值电压的准确性， 进而提高NBTI测试的准确性。

本发明提供了阈值电压测量方法，包括：获得半导体器件的亚阈值斜率； 对所述器件施加应力；在阈值测量时间点，测量所述器件的线性漏电流；根据 所述亚阈值斜率及线性漏电流值，计算阈值测量时间点的阈值电压；其中测量 线性漏电流的步骤包括：撤销该应力；在所述器件上连接测试电压；及测量所 述器件在测试电压下的线性漏电流。

本发明提供了阈值电压测量系统，包括：亚阈值斜率获得单元，用于获得 半导体器件的亚阈值斜率；应力施加单元，用于对所述器件施加应力；线性漏 电流测量单元，用于在阈值测量时间点，测量所述器件的线性漏电流；阈值电 压计算单元，用于根据所述亚阈值斜率获得单元获得的亚阈值斜率及线性漏电 流测量单元获得的线性漏电流值，计算阈值测量时间点的阈值电压；其中线性 漏电流测量单元具体包括：用于控制该应力施加单元撤销施加的应力的子单元； 用于在所述器件上连接测试电压的子单元；及用于测量所述器件在测试电压下 的线性漏电流的子单元。

本发明提供的阈值电压测量方案由于在阈值测量时间点通过测试电压得到 线性漏电流值，而无需在阈值测量时间点用扫描栅电压来测量多个饱和电流值， 因此在阈值测量时间点所耗费的时间就大大减小，从而降低了NBTI恢复效应对 测试效果的影响，提高测量的阈值电压的准确性，进而提高NBTI测试的准确性。

附图说明