[发明专利]确定热载流子注入器件寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，尤其涉及器件热载流子注入测试寿命方法，以便减少评估成本、增加评估的灵活性。

背景技术

对超大规模集成电路制造产业而言，随着MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置尺寸的不断减小，半导体制作工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展，此时，半导体器件可靠性越来越直接影响着制作的IC芯片的性能和使用寿命。但是，由于MOS器件尺寸等比例缩小时，器件工作电压并没有相应等比例减少，所以，相应的器件内部的电场强度随器件尺寸的减小反而增强。因此，在小尺寸器件中，电路的横向尺寸越来越小，导致沟道长度减小，即使是较小的源漏电压也会在漏端附近形成很高的电场强度，由于该横向电场作用，在漏端的强场区，沟道电子获很大的漂移速度和能量，成为热载流子。在深亚微米工艺中，随着MOS器件尺寸的日益缩小，MOS器件的热载流子注入(HCI)效应越来越严重，其引起的器件性能的退化是影响MOS器件可靠性的重要因素之一。因此，HCI测试已成为MOS器件可靠性测试的主要测试项目之一。

由于MOS器件热载流子的注入是按照JEDEC标准，因此MOS器件HCI测试也按照JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)标准进行。JEDEC标准中提供的热载流子测试的寿命模型有3种，即漏源电压加速Vds模型、衬底电流Isub模型和衬底与漏电流比例Isub/Id模型，实际应用时可以根据需要选择一种即可，一般公认的选用衬底与漏电流比例Isub/Id模型。但不管对于衬底与漏电流比例Isub/Id模型还是衬底电流Isub模型，通用的HCI测试MOS器件的做法均需要加载至少3个不同的应力电压条件，并需要取得在每一应力电压条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值，以及推算寿命所需工作条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值。

一方面，根据JEDEC标准，在应力电压下进行衬底电流Isub扫描和漏极电流Id扫描是破坏性的，扫描后的MOS器件已受到HCI损伤，就不能再进行HCI测试，因此需要提供额外的样品，以便用于以后的MOS器件寿命评估，增加了评估成本；另一方面，JEDEC标准中要求推算至工作电压或1.1倍工作电压下的寿命，通用的做法是另选一MOS器件，测得工作电压或1.1倍工作电压下的衬底电流Isub值和漏极电压Id值，用衬底与漏电流比例Isub/Id模型或衬底电流Isub模型进行寿命推导。而在实际电路中，尤其对于模拟电路来说，工作电压并不是单一固定的，对于5V的器件，很有可能是工作在4V或是其他电压条件下，有时也可能是高于5V，那么在这种情况下，不可能提供大量的样品进行不同电压下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值的测量，尤其当集成电路进入到深亚微米器件，且具有向超深亚微米器件发展的趋势时，MOS器件可靠性的寿命对于电路性能影响越来越大，因此传统评估方法与先进电路应用显得有点脱节。

为了解决上述问题，在进行HCI测试器件寿命时，需要寻求解决办法消除来自于应力电压条件下进行衬底电流Isub和漏极电流Id扫描时对MOS器件的损坏，但在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决HCI测试器件寿命的方法在半导体器件测试领域使用时面临的即要增加额外的样品又不能获得任一工作电压下的器件寿命最主要的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种确定热载流子注入器件寿命的方法，即可以解决通用HCI测试方法中需要准备提供额外的样品用于进行器件寿命评估，又可以获得任一工作电压下的器件寿命，从而即减少了评估成本，又增加了评估的灵活性。

为解决上述问题，本发明提出了一种确定热载流子注入器件寿命的方法，其中MOS器件热载流子的注入基于JEDEC标准，该方法包括如下步骤：

步骤1：选择一MOS器件，对所述器件MOS进行热载流子注入实验，在至少3个以上不同漏极电压Vd下分别测量所述MOS器件的衬底电流与栅极电压Isub-Vg曲线和漏极电流与栅极电压Id-Vg曲线，其中，所述漏极电压Vd均小于等于MOS器件的工作电压；

步骤2：对于各个漏极电压Vd，从衬底电流与栅极电压Isub-Vg曲线中找出衬底电流最大值Isubmax，并读取衬底电流最大值Isubmax所对应的栅极电压值，再从漏极电流与栅极电压Id-Vg曲线中找出所述栅极电压Vg所对应的漏极电流Id值；