面向偏压温度不稳定性分析的即时VTH 测量

2015-01-28 11:26:07   来源:eechina   

关键字: 偏压  VTH  测量

引言

在微缩  CMOS和精密模拟CMOS技术中对偏压温度不稳定性——负偏压温度不稳定性(NBTI)和正偏压温 度不稳定性(PBTI)——监测和控制的需求不断增加。 当前NBTI1 的JEDEC标准将测量间歇期的NBTI恢复 视为促进可靠性研究人员不断完善测试技术的关键。 简单来说,当撤销器件应力时,这种性能的劣化就开始愈合。这意味着慢间歇期测量得出的寿命预测 结果将过于乐观。因此,劣化特性分析得越快,(劣 化)恢复对寿命预测的影响越小。此外,实验数据显示被测的劣化时间斜率(n)很大程度取决于测量时 延和测量速度。2 因此,为了最小化测量延时并提高 测量速度开发了几种测量技术。

什么是BTI

偏压温度不稳定性(BTI)指当MOS FET受温度应 力影响时阈值电压(VTH)不稳定的现象。通常在125℃、 漏极和源极接地的条件下,升高栅极电压来测试FET。 随时间推延,VTH 将增大。对于逻辑器件和存储器件等 应用而言,VTH 出现10%的偏移就会使电路失效。对于匹配双晶体管等模拟应用而言,出现更小的偏移就会 使电路失效。影响FET匹配的许多工艺偏差可以通过 增大晶体管面积来缓和,剩下的限制因素是BTI。

即时(OTF)法

Denais等人3 提出了一种用VTH 偏移相关的间接测量将间歇期测量的恢复减至最小的方法。间歇期测量 序列通过仅3次测量缩短无应力时间,如图1所示。 这种方法几乎能用任何一种参数测量系统实现,只是 实现的程度有所不同。但大多数GPIB控制的仪器都缺 乏灵活性并受限于GPIB通信时间和仪器内部速度;因此在测量过程中器件仍会保持将近100ms的无应力时 间。这些局限性不便于观测在时间极限(约100ms) 内劣化和恢复的情况。吉时利2600系列源表独特的架 构能在约2ms的时间内完成Denais的OTF间歇期测量并使测试结构回至应力状态。

经过一段时间,形成、提出了Denais理念的各种变化 形式,甚至将其应用于常规使用中以监测工艺引起的BTI 偏移。这里的每一种方法都有优缺点。本应用笔记将探讨 BTI应用实际实现有关的仪器要求,并且将检查用于劣化 和恢复分析的几种方法。

图1.jpg

仅监测IDOTF方法

一种常用的OTF方法是仅监测漏极电流。这种方法在漏极施加小偏压(通常为25~100mV)并连续进行漏极电 流测量,如图1所示。在此方法中,连续的采样速率非常 关键。用2600系列源表能实现90μs连续采样间隔以及能 存储多达50,000数据点的仪器缓冲区。

这种方法的一个重要优点是,在撤销应力后可以在很 短时间内采集到BTI恢复动态的机制,如图2右部所示。已 经发现,恢复动态比劣化动态对于工艺偏差表现出更大的 易变性和敏感性。

图2.jpg

即时单点法

此方法非常类似于仅监测ID 的方法,区别是在线性 区域测量ID。这里的关键是通过缩短测量时间最大程度 减小劣化恢复时间。使用吉时利2600系列源表可以实现仅约200μs的栅极电压中断。

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编辑:什么鱼
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