一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法

本发明属于半导体，尤其是涉及一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法。

背景技术：

1、作为由栅极控制工作状态的mos器件，功率mosfet器件的栅氧可靠性至关重要，通常采用高温栅偏试验对其考核。通过检测试验过程中mosfet器件阈值电压vth的漂移量(δvth)的大小，来衡量器件栅氧的高温栅偏稳定性。

2、在正向高温栅偏应力下，栅极上施加正的直流偏压，mosfet栅氧化层中的陷阱捕获电子，阈值电压上升。在负向高温栅偏应力下，栅极上施加负的直流偏压，mosfet栅氧化层中的陷阱捕获空穴，阈值电压减小。

3、但是，高温栅偏老化试验作为传统的msofet栅氧层可靠性检测方法，通常需要的时间长。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，实现mosfet器件栅氧化层可靠性的快速检测。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，包括以下步骤：

4、(1)对mosfet器件进行阈值电压和栅氧化层电容测试：对器件进行转移特性测试，取设定漏极电流对应的栅极电压作为阈值电压；

5、(2)对mosfet器件进行电子辐照处理，在不同的辐照剂量之后，测试器件的阈值电压；

6、(3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；

7、(4)对mosfet器件进行负向高温栅偏加速老化，记录在该应力下器件阈值电压随加速老化时间的变化关系，获得在指定高温栅偏加速应力条件a下器件阈值电压偏移量δvth(a)；

8、(5)根据步骤(2)中得到的器件阈值电压随辐照剂量变化关系，得到阈值电压偏移量为δvth(a)所对应的辐照剂量da；

9、(6)辐照剂量为da的电子束辐照加速老化用于替负向高温栅偏加速应力条件a对器件进行快速的可靠性测试，用于该器件制造过程中的抽检。

10、本发明进一步的改进在于，mosfet器件类型包括硅、碳化硅器件，导电沟道为n型沟道或者p型沟道。

11、本发明进一步的改进在于，步骤(1)中，mosfet器件为功率mosfet器件。

12、本发明进一步的改进在于，功率mosfet器件包括封装好的单管器件、模块和未封装的裸芯器件。

13、本发明进一步的改进在于，步骤(1)中，测试得到mosfet器件的初始阈值电压。

14、本发明进一步的改进在于，步骤(2)中，电子辐照的能量为5-15mev。

15、本发明进一步的改进在于，步骤(3)中，辐照剂量步长设置为0.01～50kgy。

16、本发明进一步的改进在于，步长越小，器件阈值电压变化与辐照剂量之间的关系越精确。

17、本发明进一步的改进在于，步骤(5)中，电子束辐照和高温栅偏导致的阈值电压漂移都是在栅氧层中注入或产生电子/空穴，栅氧中的陷阱捕获电荷导致器件阈值电压漂移。

18、本发明至少具有如下有益的技术效果：

19、本发明提供的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，该方可以用于器件栅氧层的可靠性检测。该检测方法使用电子束辐照作为加速器件栅氧层老化方法，替代传统的负向高温栅偏老化试验，加快器件加速老化过程。该方法可用于器件制造的抽样检测过程，可以大大提高器件抽检效率，便于科学和产业界推广使用。

技术特征：

1.一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，mosfet器件类型包括硅、碳化硅器件，导电沟道为n型沟道或者p型沟道。

3.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步骤(1)中，mosfet器件为功率mosfet器件。

4.根据权利要求3所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，功率mosfet器件包括封装好的单管器件、模块和未封装的裸芯器件。

5.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步骤(1)中，测试得到mosfet器件的初始阈值电压。

6.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步骤(2)中，电子辐照的能量为5-15mev。

7.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步骤(3)中，辐照剂量步长设置为0.01～50kgy。

8.根据权利要求7所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步长越小，器件阈值电压变化与辐照剂量之间的关系越精确。

9.根据权利要求1所述的一种电子束辐照检测mosfet栅氧化层可靠性的方法，其特征在于，步骤(5)中，电子束辐照和高温栅偏导致的阈值电压漂移都是在栅氧层中注入或产生电子/空穴，栅氧中的陷阱捕获电荷导致器件阈值电压漂移。

技术总结
本发明公开了一种电子束辐照检测MOSFET栅氧化层可靠性的方法，包括步骤：(1)对MOSFET器件进行初始阈值电压测试；(2)用电子束对上述MOSFET器件进行辐照处理，加速器件老化；(3)以设定的步长逐渐增加辐照剂量，测试并记录不同辐照剂量后器件的阈值电压；(4)对MOSFET器件进行负向高温栅偏加速老化，获得在指定高温栅偏加速应力条件A下器件阈值电压偏移量ΔV<subgt;th(A)</subgt;；(5)根据步骤(2)得到阈值电压偏移量为ΔV<subgt;th(A)</subgt;所对应的辐照剂量D<subgt;A</subgt;；(6)辐照剂量为D<subgt;A</subgt;的电子束辐照加速老化可以用于替负向高温栅偏加速应力条件A对器件进行快速的可靠性测试。本发明可以对MOSFET栅氧层可靠性进行快速检测，应用广泛。

技术研发人员：贺永宁,付祥和,陶静,蔡亚辉,赵小龙,彭文博,田鸿昌,何晓宁,李阳善
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12