面向偏壓溫度不穩(wěn)定性分析的即時VTH 測量
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引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201702/338582.htm在微縮CMOS和精密模擬CMOS技術中對偏壓溫度不穩(wěn)定性——負偏壓溫度不穩(wěn)定性（NBTI）和正偏壓溫 度不穩(wěn)定性（PBTI）——監(jiān)測和控制的需求不斷增加。 當前NBTI1 的JEDEC標準將“測量間歇期的NBTI恢復” 視為促進可靠性研究人員不斷完善測試技術的關鍵。 簡單來說，當撤銷器件應力時，這種性能的劣化就開始“愈合”。這意味著慢間歇期測量得出的壽命預測 結(jié)果將過于樂觀。因此，劣化特性分析得越快，（劣 化）恢復對壽命預測的影響越小。此外，實驗數(shù)據(jù)顯示被測的劣化時間斜率（n）很大程度取決于測量時 延和測量速度。2 因此，為了最小化測量延時并提高 測量速度開發(fā)了幾種測量技術。
什么是BTI？
偏壓溫度不穩(wěn)定性（BTI）指當MOS FET受溫度應 力影響時閾值電壓（VTH）不穩(wěn)定的現(xiàn)象。通常在125℃、 漏極和源極接地的條件下，升高柵極電壓來測試FET。 隨時間推延，VTH 將增大。對于邏輯器件和存儲器件等 應用而言，VTH 出現(xiàn)10%的偏移就會使電路失效。對于匹配雙晶體管等模擬應用而言，出現(xiàn)更小的偏移就會 使電路失效。影響FET匹配的許多工藝偏差可以通過 增大晶體管面積來緩和，剩下的限制因素是BTI。
即時（OTF）法
Denais等人3 提出了一種用VTH 偏移相關的間接測量將間歇期測量的恢復減至最小的方法。間歇期測量 序列通過僅3次測量縮短“無應力”時間，如圖1所示。 這種方法幾乎能用任何一種參數(shù)測量系統(tǒng)實現(xiàn)，只是 實現(xiàn)的程度有所不同。但大多數(shù)GPIB控制的儀器都缺 乏靈活性并受限于GPIB通信時間和儀器內(nèi)部速度；因此在測量過程中器件仍會保持將近100ms的無應力時 間。這些局限性不便于觀測在時間極限（約100ms） 內(nèi)劣化和恢復的情況。吉時利2600系列源表獨特的架 構(gòu)能在約2ms的時間內(nèi)完成Denais的OTF間歇期測量并使測試結(jié)構(gòu)回至應力狀態(tài)。
經(jīng)過一段時間，形成、提出了Denais理念的各種變化 形式，甚至將其應用于常規(guī)使用中以監(jiān)測工藝引起的BTI 偏移。這里的每一種方法都有優(yōu)缺點。本應用筆記將探討 BTI應用實際實現(xiàn)有關的儀器要求，并且將檢查用于劣化 和恢復分析的幾種方法。
僅監(jiān)測ID的OTF方法
一種常用的OTF方法是僅監(jiān)測漏極電流。這種方法在漏極施加小偏壓（通常為25～100mV）并連續(xù)進行漏極電 流測量，如圖1所示。在此方法中，連續(xù)的采樣速率非常 關鍵。用2600系列源表能實現(xiàn)90μs連續(xù)采樣間隔以及能 存儲多達50,000數(shù)據(jù)點的儀器緩沖區(qū)。
這種方法的一個重要優(yōu)點是，在撤銷應力后可以在很 短時間內(nèi)采集到BTI恢復動態(tài)的機制，如圖2右部所示。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，恢復動態(tài)比劣化動態(tài)對于工藝偏差表現(xiàn)出更大的 易變性和敏感性。
即時單點法
此方法非常類似于僅監(jiān)測ID 的方法，區(qū)別是在線性 區(qū)域測量ID。這里的關鍵是通過縮短測量時間最大程度 減小劣化恢復時間。使用吉時利2600系列源表可以實現(xiàn)僅約200μs的柵極電壓中斷。
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