[发明专利]基于压控振荡器的BTI测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件可靠性测试技术领域，涉及偏压温度不稳定性（Bias Temperature Instability,BTI）的测试，具体涉及一种基于压控振荡器（Voltage Control Oscillator，VCO）对被测器件（Device Under Test,DUT）进行BTI测试的装置及其测试方法。

背景技术

BTI效应（包括负方向偏压温度不稳定性NBTI和正方向偏压温度不稳定性PBTI）是指在一定温度条件下、在MOS管的栅端偏置电压时，MOS管的特性会发生退化，例如，对于PMOSFET，阈值电压（V_th）增加，饱和电流、亚阈值斜率和跨到跨导减小。随着器件的尺寸不断缩小，BTI效应成为器件退化的主要因素之一，因此，其越来越受到重视。

BTI效应的一个重要特征就是其具有较强的恢复效应，例如，对于PMOSFET，在高温下对其栅端偏置负偏压一段时间后，如果将负偏压该为零偏压或正偏压，器件的退化特性将有很强的恢复。因此，这给准确测试MOS管器件的带来难题，通常地，难以实时地测量其阈值电压的变化情况。

现有技术的BTI测试装置中，在测试过程中，一般是测量V_th（相同I_d条件下）的变化或I_d（相同V_gs条件下）的变化，这些均是测量模拟信号来反映BTI，通常具有模拟信号难以跟踪、测量灵敏度不够、电路复杂的缺点，并最终导致测量不准确。其他也有采用数字信号来反映BTI的测试方法，但是，难以实现以上所述的实时测量的要求，并且，测试电路复杂，最终也难以保证测试的准确度。

有鉴于此，本发明提出一种新型的BTI测试装置。

发明内容

本发明的目的之一在于，简化BTI测试装置的电路结构。

本发明的还一目的在于，提高BTI测试的准确度。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供一种BTI测试装置，其包括被测器件、环形振荡器、模拟电压切换模块和第一个振荡周期测试模块；其中，

所述模拟电压切换模块用于基于第一控制信号对偏置于所述被测器件的栅端的第一电压或第二电压进行切换控制，所示第一电压为使所述被测器件发生BTI效应的电压，所述第二电压为使所述被测器件工作于亚阈值的电压；

所述环形振荡器包括至少一个流控反相器，所述被测器件用于控制经该流控反相器的电流，以至于所述环形振荡器与所述被测器件形成其输出信号的频率至少地受偏置于所述被测器件的栅端的电压控制的压控振荡器；

所述第一个振荡周期测试模块同步地受所述第一控制信号控制，以至于所述被测器件的栅端被切换至偏置所述第二电压时，所述压控振荡器的输出信号的第一个周期的相关信号被所述第一个振荡周期测试模块测试输出。

在一实施例中，所述被测器件可以为NMOSFET，所述第一电压大于所述NMOSFET的阈值电压，所述第二电压小于所述NMOSFET的阈值电压。

在又一实施例中，所述被测器件可以为PMOSFET，所述第一电压为负向电压并且其绝对值大于所述PMOSFET的阈值电压的绝对值，所述第二电压为负向电压并且其小于所述PMOSFET的阈值电压的绝对值。

按照本发明一实施例的BTI测试装置，其中，所述环形振荡器基本由偶数个第一反相器和奇数个流控反相器串联形成。

进一步，所述流控反相器为CMOS反相器，所述被测器件与所述CMOS反相器的其中一个MOS管的源端/漏端串联连接。

进一步，所述压控振荡器的输出信号的第一个周期的相关信号为第一个周期的周期值。

进一步，所述周期值反映所述第二电压与所述被测器件的阈值电压之差的绝对值的大小。

进一步，在所述第二电压固定的情况下，所述周期值反映所述被测器件的阈值电压变化，以进一步反映所述第一电压偏置的情况下所发生的BTI效应的大小。

在之前所述任一实施例的BTI测试装置中，所述第一信号为脉冲信号。

按照本发明的又一方面，提供一种使用以上所述的BTI测试装置进行BTI测试的方法，其包括：

校准步骤：在所述被测器件被测试前，将与所述被测器件对应相同的校准单元对应置于所述装置中，在所述校准单元的栅端上偏置多个不同大小的第二电压，并通过所述第一个振荡周期测试模块测试每个第二电压对应的所述第一个周期的周期值，基于所述第二电压与所述周期值建立形成所述第二电压与所述第一个周期的周期值之间的关系曲线；