一种预测SOI MOSFET器件可靠性寿命的方法

摘要

一种预测SOI MOSFET器件可靠性寿命的方法。在不同的测试台温度下测量SOI MOSFET器件栅电阻随温度变化关系；在不同的测试台温度下对SOI MOSFET器件进行加速寿命试验，得到表征器件寿命的参数随着应力时间的退化关系，以及该参数退化至10％时的存在自热影响的寿命；利用测得的自热温度和阿伦尼斯模型对测得的器件寿命进行自热修正，得到不含自热温度对寿命影响的本征寿命；对自热引起的漏端电流变化进行自热修正；对热载流子引起的碰撞电离率进行自热修正；对偏置条件下SOI MOSFET器件的工作寿命进行预测。本发明除去了在实际的逻辑电路或AC的模拟电路中SOI MOSFET器件不会存在自热效应对寿命预测的影响，使得预测的结果更加精确。

主权项

一种预测SOI MOSFET器件可靠性寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)在不同的wafer温度T_wafer下测量SOI MOSFET器件栅电阻随温度变化关系，得到电阻温度关系系数α以及在不同偏置条件下的自热温度T_sh，并在存在自热效应下测得衬底电流I_sub,sh和漏端电流I_d,sh；b)在不同的wafer温度T_wafer下对SOIMOSFET器件进行加速寿命试验，得到表征器件寿命的参数随着应力时间的退化关系，以及该参数退化至10％时的存在自热影响的寿命τ_sh；c)利用测得的自热温度和阿伦尼斯模型对测得的器件寿命进行自热修正，得到去除自热影响后的寿命τ_{non_sh}：τ＝A₀exp(E_a/kT)  (公式1)${\tau }_{\mathrm{non}\_\mathrm{sh}}={\tau }_{\mathrm{sh}}\times \exp \left[\frac{E_a}{k}(\frac{1}{T_{\mathrm{wafer}}}-\frac{1}{T_{\mathrm{wafer}}+T_{\mathrm{sh}}})\right]$  (公式2)其中公式1中τ为寿命，A₀为式前系数，E_a为激活能，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度；公式2中τ_{non_sh}为去除自热影响后的寿命，τ_sh为存在自热影响的寿命，E_a为激活能，可通过拟合得到，k为波尔兹曼常数，T_wafer为wafer温度，T_sh为提取的自热温度；d)对自热引起的漏端电流变化进行自热修正，如下：logI_{d,non_sh}＝logI_d,sh‑βlogT_sh  (公式3)其中I_{d,non_sh}为消除自热影响后的漏端电流，I_d,sh为未消除自热影响的漏端电流，T_sh为提取的自热温度，β为系数；e)对热载流子引起的碰撞电离率M进行自热修正，其中M＝I_sub/I_d，I_sub为衬底电流，I_d为漏端电流，修正的公式如下：logM_{non_sh}＝logM_sh‑γlogT_sh  (公式4)其中M_{non_sh}为消除自热影响后的碰撞电离率，M_sh为未消除自热影响的碰撞电离率，T_sh为提取的自热温度，γ为系数；f)利用标准的Hu模型，将进行自热修正后的各参数值，寿命τ_{non_sh}，漏端电流I_{d,non_sh}和碰撞电离率M_{non_sh}代入模型中，所述M_{non_sh}＝I_{sub,non_sh}/I_{d,non_sh}，通过拟合得到式中的系数常数A、B；在测得一定偏压下的漏端电流和衬底电流值后，利用公式6，对该偏置条件下SOI MOSFET器件的工作寿命进行预测：τ_{non_sh}·(I_{d,non_sh}/W)＝A·(I_{sub,non_sh}/I_{d,non_sh})^‑B  (公式5)τ'_{non_sh}＝(A·W/I'_{d,non_sh})(I'_{sub,non_sh}/I'_{d,non_sh})^‑B  (公式6)其中W为器件沟道宽度，I′_{sub,non_sh}、I'_{d,non_sh}和τ'_{non_sh}为需要进行预测的偏压条件下的自热修正后的衬底电流、漏端电流和去除自热影响后的寿命。