一種ldmos器件熱載流子注入效應的測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種LDMOS器件的熱載流子效應的測試方法，該測試方法通過對應力條件下獲得的器件壽命，利用壽命模型反推出各個工作條件下LDMOS器件的工作壽命，可以得出包括整個工作區(qū)間下的HCI的SOA。在本發(fā)明中由于不需要對所有工作電壓進行壽命測試，大大縮短了整個測試過程的時間。并且利用VB編寫的Excel宏程序，可以實現(xiàn)自動抓取數(shù)據(jù)和計算，大大降低了操作的人力成本。
【專利說明】一種LDMOS器件熱載流子注入效應的測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及MOS器件可靠性研究領域，尤其涉及一種用于LDMOS的熱載流子注入效應的測試方法。
【背景技術】
[0002]在顯示驅動和電源管理的產品中，我們需要能夠耐高壓和通過大電流等特性的高壓器件；LDM0S (橫向擴散金屬氧化物半導體器件)由于更容易和CMOS工藝兼容，被廣泛采用；其柵電極的工作電壓很低，一般只有5V，而漏端電壓很高可以到60V。影響LDMOS的參數(shù)有源漏擊穿電壓(BVDS)，導通電阻(Rdsw)等；如果在持續(xù)工作情況下這些參數(shù)較快退化，可能引起芯片溫度升高的影響；所以在使用過程中的這些參數(shù)的退化情況更加受到關注。
[0003]MOS的安全工作區(qū)是指為保障器件安全工作，具有較高的穩(wěn)定性和較長的壽命，器件所承受的電流、電壓和功耗有一定限制，采用坐標平面表示，并構成器件的安全工作區(qū)。其種類分為:正偏SOA (Safe Operation Area，安全工作區(qū))與反偏S0A、直流SOA與脈沖S0A，以及正常工作SOA與短路S0A;其中MOS的HCI (Hot Carrier Inject，熱載流子注入效應)SOA是指器件在正常DC工作條件下，由于熱載流子注入造成的參數(shù)退化仍在安全工作范圍的壽命對應的電壓安全區(qū)間。
[0004]針對直流下LDMOS的線性漏電流(Idlin)的HCI退化，目前已有一些測試方法，一般會選擇測試某一固定漏電壓Vd下最大襯底電流值(Isubmax)對應的柵壓Vg作為電壓應力(stress)條件，得到這個電壓下的HCI壽命；但這只是HCI SOA 二維曲線上的一個點。LDMOS工作情況下往往是脈沖方式，需要一個電壓區(qū)間范圍內的HCI評價；如果通過實際測試確定整個區(qū)間需要大量的測試和時間，不利于工藝開發(fā)周期和市場需求，而且測試成本較聞。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種新的LDMOS器件的熱載流子注入效應的測試方法，使得使熱載流子注入效應下的工作壽命計算由一個電壓條件增大到工作區(qū)間。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的LDMOS器件的熱載流子注入效應的測試方法，包括步驟:
[0007]I)提供一 LDMOS器件，已知該LDMOS器件的柵極工作電壓(Vgop)和漏極擊穿電壓(Vsnapback)；
[0008]2)測量該LDMOS器件的漏極電流-漏極電壓(Id-Vd)曲線，得到漏極最大工作電壓(Vdop)；
[0009]3)以步驟2)中漏極最大工作電壓(Vdop)為上限值，測量不同漏極電壓下的漏極電流-柵極電壓(Id-Vg)和襯底電流-柵極電壓(Isub-Vg)曲線；
[0010]4)從步驟2)中的漏極電流-漏極電壓(Id-Vd)曲線選取一個小于90%的擊穿電壓(Vsnapback)的值作為漏極電壓應力條件(Vdstress),從步驟3)中的襯底電流-柵極電壓(Isub-Vg)曲線選取最大襯底電流(Isubmax)對應的柵極電壓作為柵極電壓的應力條件(Vgstress)；
[0011]5)以步驟4)中的漏極電壓應力條件和柵極電壓的應力條件對所述LDMOS器件進行熱載流子注入實驗，獲取應力熱載流子注入壽命(TTFstress)；
[0012]6)以步驟I)至5)對若干個樣品進行測試，根據(jù)該若干個樣品的應力熱載流子注入壽命(TTFstress)擬合出LDMOS器件的熱載流子注入使用壽命TTFuse ；
[0013]優(yōu)選的，所述步驟2)中的測量條件為:漏極電壓(Vd)從O到擊穿電壓(Vsnapback)范圍內，以101個步長取點；柵極電壓(Vg)從O到柵極工作電壓(Vgop)范圍內，以IV為一個步長取點。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟3)中的測量條件為:柵極電壓(Vg)從O到柵極工作電壓(Vgop)范圍內，以101個步長取點；漏極電壓(Vd)從O到漏極最大工作電壓(Vdop)范圍內，以IV為一個步長取點。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟5)中熱載流子注入實驗具體包括:
[0016]5.1)以所述步驟4)中漏極電壓應力條件和柵極電壓的應力條件對LDMOS器件的柵極和漏極加電壓；
[0017]5.2)步驟5.1)持續(xù)一變化時間后，改變LDMOS器件的工作模式，使LDMOS器件工作在線性區(qū)，測量并記錄此時的漏極線性電流(Idlin)；
[0018]5.3)重復步驟5.1)和5.2)，直至LDMOS的漏極線性電流Idlin衰減一預設值，將此時LDMOS器件持續(xù)的時間記錄為熱載流子注入壽命(TTFstress)
[0019]5.4)使步驟5.2)中LDMOS器件線性區(qū)柵極電壓從O到柵極工作電壓(Vgop)之間以100個步長進行變換，并重復步驟5.3)，得到一組不同柵極電壓下的熱載流子注入壽命(TTFstress)樣本。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟5.2)中的變化時間為:以10的指數(shù)次方為間隔，單位為秒。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟5.2)中，LDMOS器件在線性區(qū)工作時，漏極電壓Vd為0.1V。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟5.3)中，漏極線性電流Idlin衰減到的預設值為10%_20%。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟5.2)和5.3)中的，各項數(shù)據(jù)的處理通過VB軟件編寫Excel下的宏抓取以逗號分隔值格式的原始數(shù)據(jù)文本文件。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟6)中，樣品個數(shù)為8-20。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟6)中，LDMOS器件的使用壽命TTFuse的擬合方法包括:
[0026]6.1)根據(jù)步驟3)中的漏極電流-柵極電壓(Id-Vg)和襯底電流-柵極電壓(Isub-Vg)曲線，得到柵極電壓處于柵極工作電壓Vgop下的漏極工作電流Ido和襯底工作電流Ibo，以及柵極電壓處于柵極電壓的應力條件(Vgstress)下的漏極應力電流Idstress和襯底應力電流Ibstress ；
[0027]6.2)將步驟5)中的應力熱載流子注入壽命(TTFstress)，以及步驟6.1)中的漏極工作電流Ido、襯底工作電流Ibo、漏極應力電流Idstress、襯底應力電流Ibstress通過壽命模型擬合出LDMOS器件的熱載流子注入使用壽命TTFuse。
[0028]優(yōu)選的，進一步包括步驟，將獲得的熱載流子注入使用壽命TTFuse按柵極電壓和漏極電壓為X軸和Y軸，畫出使用壽命的二維曲線圖。
[0029]通過本發(fā)明的應用，可以得到如下的優(yōu)點:[0030]第一:本發(fā)明通過對應力條件下獲得的器件壽命，利用壽命模型反推出各個工作條件下LDMOS器件的工作壽命，可以得出包括整個工作區(qū)間下的HCI的S0A。
[0031]第二:由于不需要對所有工作電壓進行壽命測試，大大縮短了整個測試過程的時間。
[0032]第三:本發(fā)明利用VB編寫的Excel宏程序，可以實現(xiàn)自動抓取數(shù)據(jù)和計算，大大降低了操作的人力成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1是本發(fā)明的LDMOS器件的熱載流子注入效應的測試方法流程圖；
[0035]圖2是一種實施例下的Id-Vd曲線示意圖；
[0036]圖3是又一種實施方式下Isub-Vg曲線示意圖；
[0037]圖4是又一種實施方式下的LDMOS器件熱載流子注入效應下的使用壽命二維曲線圖。
【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明針對現(xiàn)有的LDMOS器件產品,在做HCI (Hot Carrier Inject,熱載流子注入效應)的SOA (Safe Operation Area，安全工作區(qū))測試時，只能取一個電壓點作為應力條件，無法涉及所有的工作電壓這個問題，提出了一種簡單的能夠覆蓋全部工作區(qū)間內的電壓點的測試方法。下面，將對本發(fā)明的技術方案做詳細介紹。
[0039]請參見圖1，圖1是本發(fā)明的LDMOS器件的熱載流子注入效應的測試方法流程圖。如圖所示，該測試方法包括步驟:
[0040]S1:提供一 LDMOS器件，用來進行HCI的測試。測試前，需要已知該LDMOS器件的柵極工作電壓(Vgop)和漏極擊穿電壓(Vsnapback)，并對該LDMOS器件做測試準備，即把LDMOS器件的漏極、源極、柵極和襯底分別接到不同的測試電極上，用來對上述各端進行電壓電流的輸入輸出檢測。這里的柵極工作電壓Vgop指LDMOS器件產品在使用時，正常加載在柵極上的電壓，通常，該柵極工作電壓Vgop在3V-7V之間。而漏極擊穿電壓Vsnapback則是指器件工作在飽和區(qū)和擊穿區(qū)的臨界工作電壓，通常在8V-65V之間。
[0041]S2:測量該LDMOS器件的漏極電流-漏極電壓(Id-Vd)曲線，得到漏極最大工作電壓(Vdop)。具體測量時，在漏極施加一個掃描電壓，使得漏極電壓(Vd)從O到擊穿電壓(Vsnapback)范圍內進行掃描，并以101個步長取點，即取101個漏極電壓，并測量每個漏極電壓對應的漏極電流，繪制成Id-Vd曲線；而柵極電壓(Vg)則從O到柵極工作電壓(Vgop)范圍內，以IV為一個步長取點。以柵極工作電壓Vgop=5V、漏極擊穿電壓Vsnapback=8V為例，則分別取柵極電壓Vg=lV，2V，3V，4V，5V這幾個點，并在這幾個柵極電壓點上，分別繪制出Id-Vd曲線，參見圖2。
[0042]S3:以步驟S2中漏極最大工作電壓(Vdop)為上限值，測量不同漏極電壓下的漏極電流-柵極電壓(Id-Vg)和襯底電流-柵極電壓(Isub-Vg)曲線，測量時，柵極電壓(Vg)從O到柵極工作電壓(Vgop)范圍內，以101個步長取點；漏極電壓(Vd)從O到漏極最大工作電壓(Vdop)范圍內，以IV為一個步長取點。分別繪制出Id-Vg曲線和Isub-Vg曲線，如圖3所示，圖3給出了 Vgop為5V時的Isub-Vg曲線。
[0043]S4:從步驟S2中的漏極電流-漏極電壓(Id-Vd)曲線選取一個小于90%的擊穿電壓(Vsnapback)的值作為漏極電壓應力條件(Vdstress),比如Vsnapback=IOV,則Vdstress可以取小于9V的一個值。從步驟S3中的襯底電流-柵極電壓(Isub-Vg)曲線選取最大襯底電流(Isubmax)對應的柵極電壓作為柵極電壓的應力條件(Vgstress)，比如圖3中的Isubmax=5X ICT5A,對應的柵極電壓 1.7V 即為 Vgstress。
[0044]S5:以步驟S4中的2個應力條件對所述LDMOS器件進行熱載流子注入實驗，獲取應力熱載流子注入壽命(TTFstress)。具體操作時,包括如下幾個步驟:
[0045]S51:首先以步驟S4中兩個應力條件對LDMOS器件的柵極和漏極加電壓；
[0046]S52:然后，利用上述兩個應力條件讓器件持續(xù)工作一變化時間后，改變LDMOS器件的工作模式，使LDMOS器件工作在線性區(qū)，測量并記錄此時的漏極線性電流(Idlin);這
里的時間變化量以10的指數(shù)次方為間隔，單位為秒，比如10秒后、100秒后、1000秒后......當然，也可以設置為其他的變化形式。在每個時間變化點上，量取漏極線型電流Idlin。LDMOS器件線性區(qū)的漏極電壓Vd=0.1V。
[0047]S53:重復上述兩個步驟，直至LDMOS的漏極線性電流Idlin衰減一預設值，將此時LDMOS器件持續(xù)的時間記錄為熱載流子注入壽命(TTFstress)。這里的預設值是指經過一定時間變化之后，測量得到的漏極線性電流Idlin會存在一個縮減，當縮減到一定量時，認為此時LDMOS器件的熱載流子注入壽命TTFstress已經獲得，停止在該應力測試條件下的熱載流子子注入的應力測試。一般的，這個衰減量可以根據(jù)實際需要而定，較佳地，將該預設值選擇衰減為10%-20%時。
[0048]S54:使步驟S52中LDMOS器件線性區(qū)柵極電壓從O到柵極工作電壓(Vgop)之間以100個步長進行變換，并重復步驟S53，得到一組不同柵極電壓下的熱載流子注入壽命(TTFstress)樣本。
[0049]這里需要注意的是，由于測試過程中每個時間點Vg掃描101個點，在應力測試過程中監(jiān)控的時間點在15到20個以上，會有超過1500個數(shù)據(jù)要處理?？渴謩犹幚肀容^繁瑣而起容易出錯，本發(fā)明對上述各項數(shù)據(jù)的處理通過VB軟件編寫Excel下的宏抓取以逗號分隔值格式的原始數(shù)據(jù)文本文件(.csv)。該VB編寫的抓取宏如下:
[0050]
【權利要求】
1.一種LDMOS器件的熱載流子注入效應測試方法，其特征在于，包括步驟: 1)提供一LDMOS器件，已知該LDMOS器件的柵極工作電壓和漏極擊穿電壓； 2)測量該LDMOS器件的漏極電流-漏極電壓曲線，得到漏極最大工作電壓； 3)以步驟2)中漏極最大工作電壓為上限值，測量不同漏極電壓下的漏極電流-柵極電壓和襯底電流-柵極電壓曲線； 4)從步驟2)中的漏極電流-漏極電壓曲線選取一個小于90%的擊穿電壓的值作為漏極電壓應力條件，從步驟3)中的襯底電流-柵極電壓曲線選取最大襯底電流對應的柵極電壓作為柵極電壓的應力條件； 5)以步驟4)中的漏極電壓應力條件和柵極電壓的應力條件對所述LDMOS器件進行熱載流子注入實驗，獲取應力熱載流子注入壽命； 6)以步驟I)至5)對若干個樣品進行測試，根據(jù)該若干個樣品的應力熱載流子注入壽命擬合出LDMOS器件的熱載流子注入使用壽命。
2.如權利要求1所述的測試方法，其特征在于:所述步驟2)中的測量條件為:漏極電壓從O到擊穿電壓范圍內，以101個步長取點；柵極電壓從O到柵極工作電壓范圍內，以IV為一個步長取點。
3.如權利要求1所述的測試方法，其特征在于:所述步驟3)中的測量條件為:柵極電壓從O到柵極工作電壓范圍內，以101個步長取點；漏極電壓從O到漏極最大工作電壓范圍內，以IV為一個步長取點。
4.如權利要求1所·述的測試方法，其特征在于:所述步驟5)中熱載流子注入實驗具體包括: 5.1)以所述步驟4)中漏極電壓應力條件和柵極電壓的應力條件對LDMOS器件的柵極和漏極加電壓； 5.2)步驟5.1)持續(xù)一變化時間后，改變LDMOS器件的工作模式，使LDMOS器件工作在線性區(qū)，測量并記錄此時的漏極線性電流； 5.3)重復步驟5.1)和5.2)，直至LDMOS的漏極線性電流衰減一預設值，將此時LDMOS器件持續(xù)的時間記錄為熱載流子注入壽命 5.4)使步驟5.2)中LDMOS器件線性區(qū)柵極電壓從O到柵極工作電壓之間以100個步長進行變換，并重復步驟5.3)，得到一組不同柵極電壓下的熱載流子注入壽命樣本。
5.如權利要求4所述的測試方法，其特征在于:所述步驟5.2)中的變化時間為:以10的指數(shù)次方為間隔，單位為秒。
6.如權利要求4所述的測試方法，其特征在于:所述步驟5.2)中，LDMOS器件在線性區(qū)工作時，漏極電壓Vd為0.1V。
7.如權利要求4所述的測試方法，其特征在于:所述步驟5.3)中，漏極線性電流衰減到的預設值為10%-20%。
8.如權利要求4所述的測試方法，其特征在于:所述步驟5.2)至5.4)中的，各項數(shù)據(jù)的處理通過VB軟件編寫Excel下的宏抓取以逗號分隔值格式的原始數(shù)據(jù)文本文件。
9.如權利要求1所述的測試方法，其特征在于:所述步驟6)中，樣品個數(shù)為8-20。
10.如權利要求1所述的測試方法，其特征在于:所述步驟6)中，LDMOS器件的使用壽命的擬合方法包括:· 6.1)根據(jù)步驟3)中的漏極電流-柵極電壓和襯底電流-柵極電壓曲線，得到柵極電壓處于柵極工作電壓下的漏極工作電流和襯底工作電流，以及柵極電壓處于柵極電壓的應力條件下的漏極應力電流和襯底應力電流； · 6.2)將步驟5)中的應力熱載流子注入壽命，以及步驟6.1)中的漏極工作電流、襯底工作電流、漏極應力電流、襯底應力電流通過壽命模型擬合出LDMOS器件的熱載流子注入使用壽命。
11.如權利要求1所述的測試方法，其特征在于:進一步包括步驟，將獲得的熱載流子注入使用壽命按漏極電壓·和柵極電壓為X軸和Y軸，畫出使用壽命的二維曲線圖。
【文檔編號】G01R31/26GK103852700SQ201210499936
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權日:2012年11月29日
【發(fā)明者】楊濤, 王少榮 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司