一種評估半導體器件壽命的工作電壓的方法
【專利摘要】一種評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，包括：求出某半導體器件在某工作電壓VG下的失效幾率；求出該半導體器件失效幾率隨VG的變化關系；根據(jù)同類的多個半導體器件失效幾率隨VG的變化關系，求出特征失效幾率隨VG的變化關系；取大于等于0且小于1的特征失效幾率的工作電壓VG即為滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD；根據(jù)目標要求的特征失效幾率求出實際的滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD值的大小。本發(fā)明同時考慮了NBTI引入的動態(tài)漲落DDV和CCV的影響，而且不同VDD對半導體器件可靠性的影響程度也很好地評估出來。因此本發(fā)明提供了納米尺度半導體器件幾率性VDD有效的評估方法。
【專利說明】一種評估半導體器件壽命的工作電壓的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子器件可靠性領域，涉及到納米尺度半導體器件10年壽命對應 的的工作電壓的評估方法。

【背景技術】
[0002] 在半導體技術中，半導體器件10年壽命對應的工作電壓VDD (本文中，VDD表示半 導體器件10年壽命對應的工作電壓）是一個重要的參數(shù)，決定著半導體器件的性能、功耗 等技術指標。從另一方面來說，半導體器件在10年壽命中的可靠性問題，尤其是負偏置溫 度不穩(wěn)定性 NBTI (Negative Bias Temperature Instability),會嚴重影響 VDD 的確定。在 納米尺度下，NBTI會引入器件可靠性退化的動態(tài)漲落，包括半導體器件與半導體器件之間 的漲落（Device-to-device variation, DDV)以及半導體器件在不同工作循環(huán)之間的漲落 (Cycle-to-cycle variation, CCV)。在DDV和CCV的影響下，VDD該如何評估，目前尚未有 相關報道。
[0003] 在傳統(tǒng)大尺寸半導體器件中，VDD對于同一批工藝是一個確定值。而在納米尺度 下，由于CCV的影響，一個半導體器件在10年時性能的退化在失效判斷標準附近出現(xiàn)很大 的漲落，唯一的VDD定義不再適用，即存在無限多個VDD均可以滿足該半導體器件10年的 壽命要求。但是這無限多個VDD對半導體器件可靠性的影響程度不同，如何評估這種影響 程度，目前也尚未有相關報道。另外，由于DDV的影響，不同半導體器件10年壽命時退化情 況不同，導致10年壽命對應的VDD也不同。因此，在DDV和CCV的影響下，如何評估納米尺 度半導體器件10年壽命對應的工作電壓VDD，是納米尺度半導體技術發(fā)展的重要問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于納米尺度半導體器件10年壽命對應的VDD的 評估方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] -種評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，應用于納米尺度的半導體器件，其 特征是，包括如下步驟（如圖5所示）：
[0007] 第一步，將某一半導體器件在加速應力下的閾值電壓的退化λ vth等效地轉(zhuǎn)化到 某一個工作電壓Ve下，在10年左右依次各取N個八\^值，求出這N對八\^值的分布，把 這N對AV th大于失效判斷標準的概率記作失效幾率；
[0008] 第二步，改變Ve電壓值，重復執(zhí)行上一步的過程多次，可以求出該半導體器件在10 年壽命時的失效幾率隨著V e的變化關系；
[0009] 第三步，進而考慮DDV的影響，即把不同半導體器件的失效幾率均考慮進來，在同 類的多個半導體器件上重復執(zhí)行上述過程，得到每一個半導體器件在10年壽命時的失效 幾率隨v e的變化關系；
[0010] 第四步，取不同半導體器件在相同\下失效幾率的均值，作為該ve下的特征失效 幾率，即可得到特征失效幾率隨ve的變化關系，對應大于等于0且小于1的特征失效幾率 的工作電壓\即為滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD ;根據(jù)目標要求的特征失效幾 率求出實際的滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD值的大小。
[0011] 優(yōu)選的：
[0012] 所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第一步中，Ν為滿足取 出的的相對標準方差等于所有應力時間下AV th的相對標準方差的最小個數(shù)。
[0013] 所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第一步中所述的失效 判斷標準為：AV th = 50mV。
[0014] 所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第三步中，同類的半導 體器件至少選擇30個。
[0015] 在大尺寸半導體器件中，由于10年壽命只對應一個VDD，因此特征失效幾率隨VDD 會出現(xiàn)0%到100%的突變。而對于一個納米尺度半導體器件，考慮CCV的影響，失效幾率 隨VDD呈現(xiàn)從0%到100%緩慢變大的趨勢?？紤]DDV的影響后，特征失效幾率隨VDD變化 的更加緩慢。因此引入失效幾率的概念后，納米尺度半導體器件的VDD不再是一個定值，而 是變成幾率性的，每一個VDD對應一個特征失效幾率。特征失效幾率值的大小表征對應的 VDD下，半導體器件在10年壽命時可靠性退化的程度。特征失效幾率值越大，表示在該VDD 下，半導體器件在10年壽命時可靠性退化的程度越大。這樣，納米尺度半導體器件VDD的 不確定性可以很好地解決，本發(fā)明同時考慮了 NBTI引入的動態(tài)漲落DDV和CCV的影響，而 且不同VDD對半導體器件可靠性的影響程度也很好地評估出來。因此本發(fā)明提供了納米尺 度半導體器件幾率性VDD有效的評估方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是四端半導體器件示意圖。
[0017] 圖2是將Λ Vth轉(zhuǎn)換到任意Ve后，提取該Ve對應的失效幾率的示意圖
[0018] 圖3是單個大尺寸半導體器件和納米尺度半導體器件失效幾率比較的示意圖。
[0019] 圖4為提取的多個大尺寸半導體器件和納米尺度半導體器件下，特征失效幾率隨 及VDD變化的示意圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明所述方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面通過實施例并結合附圖，詳細描述本發(fā)明的預測方法，測試器件如圖1所示。
[0022] 第一步，如圖2所示，將一個半導體器件在加速應力下的閾值電壓退化AVth隨時 間的變化關系等效地轉(zhuǎn)化到某一工作電壓\下，在10年左右依次各取N個（N為滿足取出 的八\^的相對標準方差等于所有應力時間下AV th的相對標準方差的最小個數(shù)）AVth，求 AVth的分布，進而求得AVth大于失效判斷標準（通常為AVth>50mV)的概率，記作該V e下 的失效幾率。
[0023] 第二步，將該半導體器件在加速應力下的閾值電壓退化AVth隨時間的變化關系 轉(zhuǎn)化到其他工作電壓V e下，重復執(zhí)行上述過程，求出不同Ve對應的失效幾率，如圖3所示。
[0024] 第三步，如圖4所示，在多個半導體器件上重復執(zhí)行上述過程，得到每個半導體器 件的失效幾率隨ve的變化關系。取相同ve下，不同半導體器件失效幾率的均值，作為該v e 對應的特征失效幾率。即可得到特征失效幾率隨\的變化關系。對應特征失效幾率（0< 特征失效幾率〈1)的工作電壓\就是滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD。在實際 操作中，VDD由目標要求的特征失效幾率確定。
[0025] 上面描述的實施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的更動和潤飾，本發(fā)明的保護范圍視權利要求范圍所界定。
【權利要求】
1. 一種評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，應用于納米尺度的半導體器件，其特 征是，包括如下步驟： 第一步，將某一半導體器件在加速應力下的閾值電壓的退化Λ Vth等效地轉(zhuǎn)化到某一 個工作電壓下，在10年左右依次各取N個八\^值，求出這N對八\^值的分布，把這N 對Λ Vth大于失效判斷標準的概率記作失效幾率； 第二步，改變\電壓值，重復執(zhí)行上一步的過程多次，可以求出該半導體器件在10年 壽命時的失效幾率隨著的變化關系； 第三步，在同類的多個半導體器件上重復執(zhí)行上述過程，得到每一個半導體器件在10 年壽命時的失效幾率隨Ve的變化關系； 第四步，取不同半導體器件在相同\下失效幾率的均值，作為該Ve下的特征失效幾率， 即可得到特征失效幾率隨Ve的變化關系，對應大于等于0且小于1的特征失效幾率的工作 電壓\即為滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD ;根據(jù)目標要求的特征失效幾率求出 實際的滿足半導體器件10年壽命的工作電壓VDD值的大小。
2. 如權利要求1所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第一步中， N為滿足取出的AVth的相對標準方差等于所有應力時間下AVth的相對標準方差的最小個 數(shù)。
3. 如權利要求1所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第一步中 所述的失效判斷標準為：AVth = 50mV。
4. 如權利要求1所述的評估半導體器件壽命的工作電壓的方法，其特征是，第三步中， 同類的半導體器件至少選擇30個。
【文檔編號】G01R31/26GK104122493SQ201410357412
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2014年7月25日
【發(fā)明者】黃如, 任鵬鵬, 王潤聲, 羅牧龍, 蔣曉波 申請人:北京大學