[发明专利]负偏压温度不稳定性的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术，特别涉及一种负偏压温度不稳定性的测试方法。

背景技术

现有半导体制造工艺中，在完成器件的制造后，还需要对器件进行各种可靠性测试，如负偏压温度不稳定性(NBTI)测试。负偏压温度不稳定性是指当器件的栅极施加有负偏压时，在高温条件下，器件的性能将发生显著的退化，表现为饱和电流(IDSAT)下降以及阈值电压(VT)上升等。当器件的性能下降到一定程度时，器件将变得不可用。进行负偏压温度不稳定性测试的目的就是要首先确定出器件从开始使用到不能用这段时间的时长，即器件的寿命，然后，将确定出的器件寿命与预先设定的阈值进行比较，如果大于阈值，则认为测试通过，即器件的负偏压温度不稳定性符合要求。

现有技术中，通常采用以下测试方法：

步骤11：确定至少两个不同测试负偏压下器件的寿命。

所述至少两个不同测试负偏压均需要大于器件正常工作时的工作负偏压且小于器件的击穿电压。通常，测试负偏压需要大于工作负偏压的1.1倍并小于击穿电压的0.8倍。另外，整个测试过程中，测试温度需要保持在85～150摄氏度左右(测试过程中，器件是固定在机台上的，可通过机台来控制温度)。

本步骤中，假设预先设定了三个测试负偏压，分别为-4.2伏(V)、-3.6V和-3.0V，分别确定每个测试负偏压下器件的寿命。以-4.2V为例，具体确定方式包括：

向器件的栅极施加预定时长，如100秒(s)的-4.2V测试负偏压；预定时长结束后，关闭该-4.2V的测试负偏压，即由-4.2V降为0V，然后再开启工作负偏压，即从0V升为-2.5V，并测量工作负偏压下器件的参数的取值，所述参数包括：饱和电流、阈值电压、衬底电流(Ib)以及栅电流(Ig)等，并将测量到的取值分别与标准取值(即器件正常工作时的各参数的取值)进行比较，计算偏移率。

举例来说，假设饱和电流的标准取值为100毫安(mA)，而测量到的饱和电流取值为99mA，则偏移率为(100-99)/100＝1％。之后，重复上述过程，即继续施加100s的-4.2V测试负偏压，然后测量器件参数；多次重复上述过程，比如60次后，将得到60组数据，分别为(100，0.5％)、(200，1％)等，其中前一个数据表示施加测试负偏压的总时长，后一个数据表示偏移率，基于这些数据，可通过拟合方式得到总时长与偏移率的函数关系式。那么，如果假设当偏移率达到10％时认为器件可不用，则将10％代入上述函数关系式中，计算得出对应的时间，该时间即为器件的寿命。

需要说明的是，由于测量了4个参数，根据每个参数均可计算出一个器件寿命，那么可将计算出的4个值中取值最小的一个作为测试负偏压-4.2V下的器件寿命。

按照同样的方式，分别确定出测试负偏压-3.6V和-3.0V对应的器件寿命。

步骤12：通过拟合方式，得到测试负偏压与器件寿命之间的函数关系式。

步骤13：根据步骤12中确定出的函数关系式，计算工作负偏压下的器件寿命。

本步骤中，将工作负偏压-2.5V代入到步骤12中确定出的函数关系式中，计算得到该负偏压下的器件寿命。

后续，即可根据步骤13中计算出的器件寿命确定器件的负偏压温度不稳定性是否符合要求。

但是，上述处理方式在实际应用中会存在一定的问题：

在向栅极施加一段时间的测试负偏压，如-4.2V后，现有技术中的处理方式是先将该测试负偏压降为0V，然后再从0V升为-2.5V，而电压从-4.2V变为0V，再由0V变为-2.5V，必然会需要一定的时间，这就相当于在施加一段时间的测试负偏压后，需要经过一段延迟时间(Delay Time)，然后才能开始测量器件的参数。如图1所示，图1为现有测试负偏压与工作负偏压之间的关系示意图。而在Delay Time内，器件性能会发生一定的恢复，比如说，本来施加一段时间的测试负偏压后，如果直接测量器件的饱和电流，其取值应该是95mA，但由于Delay Time的存在，等到实际测量是可能已经恢复到98mA，从而导致测量结果不准确，进而导致整个测试过程的不准确；而且，Delay Time的存在也减慢了整个测试过程的处理速度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种负偏压温度不稳定性的测试方法，能够提高测试过程的准确性，并加快测试速度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种负偏压温度不稳定性的测试方法，在测试过程中，测试温度保持在85～150摄氏度；该方法包括：