[发明专利]热载流子注入测试电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种热载流子注入测试电路及方法。

背景技术

热载流子注入（HCI，Hot Carrier Injection）一直是影响半导体MOS管性能的重要因素，其直接引起MOS管性能的退化，因此，热载流子注入成为了MOS管可靠性测试的一项重要指标。MOS管的热载流子注入测试是按照电子器件工程联合委员会（JEDEC，Joint Electron Device Engineering Council）标准，施加相同应力电压时记录不同时间下所测试的MOS管性能指标的退化幅度，依据MOS管性能指标的退化幅度和寿命模型推算其在正常工作电压或1.1倍工作电压下热载流子注入测试的寿命。

图1是传统的NMOS管热载流子注入测试的电路结构及施加测试电压的时序示意图。参考图1，NMOS管N11是被选择进行测试的样品，将其衬底与源极均连接到地。进行测试前，NMOS管N11处于工作状态下，即NMOS管N11栅极和漏极两端的电压均为工作电压（operating voltage）Vop。测试时，在t1时刻至t2时刻期间，对NMOS管N11的栅极和漏极同时施加应力电压（stress voltage）Vstress；在t2时刻至t3时刻期间，对NMOS管N11的栅极和漏极施加的电压由应力电压Vstress变为工作电压Vop，在此期间，检测NMOS管N11的漏极饱和电流；在t3时刻至t4时刻之间，再次对NMOS管N11的栅极和漏极施加应力电压Vstress。重复上述测试过程，施加应力电压Vstress的累计时间不断增加，检测到的NMOS管N11漏极饱和电流也随之发生变化，通过计算可以得到NMOS管N11的漏极饱和电流衰减幅度随时间变化的关系。

图2是采用图1所示测试电路测试NMOS管漏极饱和电流衰减结果示意图。参考图2，横轴表示测试时间（s），即施加应力电压的累计时间，纵轴表示NMOS管漏极饱和电流衰减幅度（%），图中的三组曲线是按照传统方法测试在三个直流应力电压（1.4V、1.5V和1.6V）下的漏极电流衰减幅度、并对漏极饱和电流衰减幅度对应的离散点进行拟合得到，每组曲线包括对两个NMOS管样品进行测试得到的两条曲线。根据测试得到的曲线，可以推算NMOS管在正常工作电压下的寿命。通常，将MOS管漏极饱和电流衰减幅度为10%作为失效判据。采用热载流子注入测试可以预测MOS管热载流子注入寿命，即对所测试的MOS管进行热载流子注入直至其器件参数失效，所耗费的时间就是器件的失效时间，根据失效时间和寿命模型就可以计算MOS管热载流子注入寿命。

然而，随着半导体制作工艺进入深亚微米时代，MOS管尺寸等比例缩小时，器件工作电压并没有相应等比例减小。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，利用传统方法对MOS管进行热载流子注入测试，不同MOS管样品的测试结果存在很大差异，如图3所示。因此，传统的热载流子注入测试方法，存在不同MOS管样品的测试差异，导致在评估MOS管热载流子注入寿命时准确度不高。为了提高评估MOS管热载流子注入寿命的准确度，可以增加测试样品的数量，测试样品数量的增加势必要增加测试时间。因此，提供一种测试时间短、准确度高的MOS管热载流子注入寿命的评估方法就成了一个亟待解决的问题。

更多关于MOS管热载流子注入测试的技术方案可以参考公开号为US2011193586、发明名称为Alternating Current(AC)Stress Test Circuit,Method for Evaluating AC Stress Induced Hot Carrier Injection(HCI)Degradation,and Test Structure for HCI Degradation Evaluation（交流应力测试电路、交流应力评估热载流子注入退化的方法以及热载流子注入退化评估的测试结构）的美国专利申请文件。

发明内容

本发明解决的是传统热载流子注入测试中因不同样品测试差异导致的NMOS管热载流子注入寿命评估准确度低、测试时间长的问题。