女同 t p 【测试案例共享】 怎样评估热载流子换取的MOSFET零落

跟着MOSFET栅极长度的减小，热载流子诱发的退化已成为遑急的可靠性问题之一。在热载流子效应中，载流子被通说念电场加快并被困在氧化物中。这些被拿获的电荷会引起测量器件参数的时刻联系位移，举例阈值电压 (VTH)、跨导 (GM)以及线性 (IDLIN) 和饱和 (IDSAT) 漏极电流。跟着时刻的推移，可能会发生内容性的器件参数退化女同 t p，从而导致器件失效。用于测量HCI的仪器必须提供以下三个要津功能：• 自动索取开荒参数• 创建具有各式应力时刻的应力测量序列• 猖厥导出测量数据进行高档分析本文诠释态状了如安在Keithley 4200-SCS（半导体表征系统）中使用这些要津功能来实施热载流子退化测试。

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图1. 漏极雪崩热载体效应

MOSFET热载流子效应及器件性能监测今天的超大限制集成电路MOSFET器件具有极短的通说念长度和高电场。在这些高电场中，载流子被加快到高速，在器件漏极隔邻达到最大动能（热）。若是载流子能量填塞高，就会发生撞击电离（漏极雪崩热载流子效应），产生电子-空穴对（图1）。这些空穴和电子不错赢得填塞的能量来杰出Si-SiO2势垒并被困在栅极氧化物中。被拿获的电荷导致器件退化和衬底电流（ISUB）增强。载流子器件测试时刻不时相称长，因此第一步是深信一组优化的应力条目。然后，遴荐一种新的器件，并深信 VTH 、GM 、i、iDLIN等开动器件参数。然后在指定的应力区间内施加优化后的应力。在每个应力区间之后，再次进行参数测量并深信退化情况。此测试应力轮回延续进行，直到抖擞商酌退化或测试时刻模范。热载流子寿命由退化与应力时刻数据深信。使用Keithley 4200测试热载波寿命在热载流子测试入手之前，必须开发漏极和栅极应力偏置电压。以确保通说念热的委果性载波条目下，保举的最大漏极应力偏置电压小于器件漏源击穿电压的90%。在给定漏极应力偏置电压下，栅极应力偏置 （VGstress）的遴荐应使热载流子零落最大化。关于NMOS器件，这不时发生在使衬底或体电流（ISUB）最大化的栅极偏置 (VGATE) 处。图2代表了典型的 4200-SCS ISUB vs. VGATE数据。在这种情况下，最优的VGstress是1.821V。

图2. 界说VGstress的典型4200-SCS  ISUB数据女同 t p

热载流子监测参数包括 VTH 、GM 、IDLIN和饱和IDSAT。这些参数在应力前初步深信，并在每次积贮应力时从头深信。IDLIN是器件偏置在线性区域时测量到的漏极电流，而 IDSAT是器件偏置在饱和区域时测量到的漏极电流。VTH and GM不错用恒流法或外推法深信。在外推法中，由 VTH的最大斜率深信 IDS Vs. VGS弧线。4200-SCS的公式裁剪器大大简化了这些参数的索取。其内置的函数包括 : 用于获取 GM的微分函数，用于获取最大GM的MAX函数（gnext），以及用于索取 VTH的最小二乘线拟合函数（Vtext）。图3展示了 Formulator 的自动数据分析才调。测量完器件参数后，在漏极和栅极应力偏置条目下对器件施加法例时刻的应力。积贮应力时刻不时是对数的，举例10、30、100、300、1000等。在每个积贮应力时刻，再次测量并纪录器件参数。

图3. 典型的4200-SCS VTH 和GM 测量效果

4200-SCS的内置测试测序器和交互式测试模块 （ITM）功能大大简化了热载波测试本领的实施。图5描绘了“神情导航器”窗口中的热载压力测试序列和热载压力测试模块（hcistres10）界说标签页。神情导航窗口知道了测试序列，该序列最初对idlin、idsat和 vtlin（Thevtlin模块索取参数（Vtext和gnext）。hcistres10测试在指定的漏极和栅极应力电压下施加 10 秒应力。应力完成后，再次测量器件参数。此应力测量序列握续进行，直到朝上法例的最大应力时刻。

图4. 热载体神情测试序列和hcistress10测试

hcistres10测试界说选项卡用于指定应力电压和应力时刻。在本例中，栅极和漏极应力条目别离指定为2.2V和5.5V。在时序对话框（未知道）中指定应力时刻，使用时序呐喊按钮激活（见图4）。在时序对话框中，hcistreses10测试被诞生为采样形态，阻隔为1秒，采样次数为10次。这将提供一个10秒的应力，要赢得更长的应力时刻，只需加多样本数目或采样阻隔。当绘图在对数 - 对数图上时，n通说念热载流子退化与时刻数据不时证实为线性举止。最小二乘拟合总结分析用于内插或外推热载流子时刻到商酌寿命。待测器件的寿命（lifetime）被界说为特征参数退化量10％，大致VTH相较于开动化气象变化50mv。

图5. 在 Microsoft Excel平分析的4200-SCS热载流子线性漏极电流退化数据

论断4200-SCS大大简化了热载流子诱骗零落测定。内置的4200-SCS软件器用，如Project Navigator, Formulator女同 t p，以及实足兼容的Excel数据面貌，提供了生动、快速、易于使用的测试环境。此外，4200-SCS将这些器用与先进的源测量单位时代，为具有挑战性的开荒可靠性和特质要求创造理念念的测试环境。