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CN103376395A - 一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构 - Google Patents

一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构 Download PDF

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CN103376395A CN201210133459XA CN201210133459A CN103376395A CN 103376395 A CN103376395 A CN 103376395A CN 201210133459X A CN201210133459X A CN 201210133459XA CN 201210133459 A CN201210133459 A CN 201210133459A CN 103376395 A CN103376395 A CN 103376395A
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陈琦
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Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
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Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构，包括：一待测PMOS P1，一待测NMOS N1，一测试负载N2；P1、N1的栅极相连作为本测试结构的测试引脚a；P1的源极作为本测试结构的测试引脚b；P1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚c；P1、N1的漏极相连作为本测试结构的测试引脚d；N1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚e；N1的源极作为本测试结构的测试引脚f；测试负载N2的一端接测试引脚d，另一端接地作为本测试结构的测试引脚g。本发明能准确地模拟电路中CMOS的工作状态，并能准确地评价CMOS中的PMOS和NMOS在受到交流HCI应力后的特性变化，还能评价CMOS在受到交流HCI应力后其本身的特性变化。

Description

一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构。
背景技术
目前的交流HCI(Hot Carrier Injection，热载流子注入)测试结构与直流测试结构一样，都是独立的PMOS或NMOS，或者带有公共衬底电极或(和)源电极的结构。这种独立的结构在加载交流HCI应力时，往往只能对一端(栅极或漏极)加载交流信号，另一端为直流信号，不能真实模拟电路中CMOS的工作状态，达不到最佳评价效果。若通过两台不同的设备分别给MOS器件的两端(栅极和漏极)加载交流信号，则很难控制两个信号是否同步，因此也不能真实模拟电路中的CMOS工作状态，达不到最佳评价效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构，能准确地模拟电路中CMOS的工作状态，并能准确地评价CMOS中的PMOS和NMOS在受到交流HCI应力后的特性变化(如饱和电流、线性电流、跨导、阈值电压等)，还能评价CMOS在受到交流HCI应力后其本身的特性变化(如延时、漏电、功耗等)。
为解决上述技术问题，本发明的测试结构，包括：
一待测PMOS P1，一待测NMOS N1，一测试负载N2；一待测PMOS P1，一待测NMOS N1组成CMOS反相器；
P1、N1的栅极相连作为本测试结构的测试引脚a；P1的源极作为本测试结构的测试引脚b；P1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚c；P1、N1的漏极相连作为本测试结构的测试引脚d；N1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚e；N1的源极作为本测试结构的测试引脚f；测试负载N2的一端接测试引脚d，另一端接地作为本测试结构的测试引脚g；
所述测试负载其充电时间与交流信号由低电位变高电位的周期一致，其放电时间与交流信号由高电位变低电位的周期一致，其电压与加载在P1、N1上的电压相等；其中，所述测试负载N2为电容。
本发明利用反相器的工作原理，对CMOS(Complementarymetal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)结构加以改造，使得改造后的结构能评价CMOS结构中的PMOS(P-type MOS，P型MOS)和NMOS(N-type MOS，N型MOS)的交流HCI(Hot Carrier Injection，热载流子注入)特性。在对器件加载交流HCI应力时，只需在CMOS的输入端加一交流信号，输出端自动生成另一交流信号，准确地模拟电路工作时的状态。能同时评价NMOS和PMOS的交流HCI特性，能节约至少一半的评价时间。
本发明不但能评价单个器件(NMOS或者PMOS)的性能变化，更能评价CMOS本身的性能变化，如：延时、功耗、漏电。能为电路设计者在考虑DFR(Design for Reliability，可靠性设计)时提供更多的帮助。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的晶体管交流热载流子注入特性的测试结构包括：PMOS P1，NMOS N1，测试电容N2；
P1、N1的栅极相连作为本测试结构的测试引脚a；P1的源极作为本测试结构的测试引脚b；P1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚c；P1、N1的漏极相连作为本测试结构的测试引脚d；N1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚e；N1的源极作为本测试结构的测试引脚f；测试电容N2的一端接测试引脚d，另一端接地作为本测试结构的测试引脚g；
所述测试负载其充电时间与交流信号由低电位变高电位的周期一致，其放电时间与交流信号由高电位变低电位的周期一致，其电压与加载在P1、N1上的电压相等。
交流HCI的测试流程，即：加载HCI应力(只加载交流信号和电压)→参数测试(只测试晶体管参数)→加载HCI应力→参数测试……，依次循环直至完成测试，其中加载HCI应力、参数测试交替进行。
加载HCI应力过程和参数测试过程都能在配备脉冲发生器的专用可靠性测试设备上进行：
本发明的测试结构在加载HCI应力时，信号加载方法如下：a端：交流信号，其峰值电压对应待测晶体管的Vcc_max(最大使用电压)；b、c端：直流高电位应力，一般等于晶体管的Vcc_max；d端：悬空；e、f、g端：接地。
当a端交流信号为低时，N1关断，能对P1实现HCI的应力加载，同时d端输出的是高电位，能对电容N2实施充电(之前电容已经完成放电)；当a端交流信号为高时，P1关断，而电容N2已经完成充电处于高电位(要求其电压等于NMOS的Vcc_max)，能实现对NMOS的HCI应力加载。因此，在整个交流信号周期内，能同时完成了N1和P1的交流HCI应力加载。
本发明的测试结构在参数测试时，信号加载方法如下(交流HCI和直流HCI的参数测试方法是一致的)：
针对N1，a端：栅极；d端：漏极；e端：衬底电极(或P阱)；f端：源极；b、c、g端：悬空；
能测量饱和电流(ID(sat))、线性电流(ID(lin))、跨导(gm)、阈值电压(VTh)等特性。
针对P1，a端：栅极；b端：源极；c端：衬底电极(或N阱)；d端：漏极；e、f、g端：悬空；
能测量饱和电流、线性电流、跨导、阈值电压等特性。
针对CMOS，a端：输入交流信号；b、c端：直流高电位；e、f端：接地；d、g端：悬空；
能测试延时、漏电、功耗等特性。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种晶体管交流热载流子注入特性的测试结构，其特征是，包括：一待测PMOS P1，一待测NMOS N1，一测试负载N2；
P1、N1的栅极相连作为本测试结构的测试引脚a；P1的源极作为本测试结构的测试引脚b；P1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚c；P1、N1的漏极相连作为本测试结构的测试引脚d；N1的衬底电极作为本测试结构的测试引脚e；N1的源极作为本测试结构的测试引脚f；测试负载N2的一端接测试引脚d，另一端接地作为本测试结构的测试引脚g；
所述测试负载其充电时间与交流信号由低电位变高电位的周期一致，其放电时间与交流信号由高电位变低电位的周期一致，其电压与加载在P1、N1上的电压相等。
2.如权利要求1所述晶体管交流热载流子注入特性的测试结构，其特征是：所述测试负载N2为电容。
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