[发明专利]偏压温度不稳定性的检测电路及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体检测技术，特别涉及一种偏压温度不稳定性的检测电路及检测方法。

背景技术

随着半导体集成电路的集成度越来越高，对晶体管性能的要求也日益增高，因此，对于晶体管可靠性的要求随之提高。MOS晶体管的偏压温度不稳定性是影响MOS晶体管可靠性的重要因素，所述偏压温度不稳定性包括负偏压温度不稳定性和正偏压温度不稳定性。在现有的CMOS工艺中，在对于PMOS晶体管的可靠性进行评价时，负偏压温度不稳定性是一个主要的评价因素。负偏压温度不稳定性是指PMOS晶体管在负偏置栅极电压和高温的作用下，PMOS晶体管的栅氧化层与衬底之间的界面处的氢硅键断裂，形成界面缺陷电荷，从而造成PMOS晶体管的阈值电压和饱和漏极电流发生漂移的现象。

随着集成电路的设计节点的不断减小，利用金属栅极来取代传统的多晶硅栅极已成为微电子技术发展的主要方向。金属栅极的性能会受到多种电荷缺陷的影响，其中间隙氧原子和带正电的氧空穴对阈值电压不稳定性的影响很大，他们容易捕获高K栅介质层和Si中的电子从而产生快速充放电现象。采用HfO₂和HfSiO等高K介质材料作为栅介质层材料容易导致阈值电压发生偏移，利用金属栅极的NMOS晶体管容易受到正偏压温度不稳定性的影响。因此，需要对NMOS晶体管的正偏压温度不稳定性进行测试和分析。

专利号为US7504847B2的美国专利文献公开了一种负温度偏压不稳定性的测试方法，具体包括：对施加在具有电压应力的应力器件和参考器件上的电压进行配置，且所述参考器件的栅源电压为0V，测量所述应力器件和参考器件的源漏电流，判断所述应力器件是否因为负温度偏压不稳定性导致阈值电压退化。但利用所述负温度偏压不稳定性的测试方法精度较低。

在其他现有技术中，还利用环形振荡器测试PMOS晶体管的负温度偏压不稳定性，请参考图1，为现有技术的环形振荡器测试电路的结构示意图，所述环形振荡器测试电路包括三个串联的反相器10、11、12，每个反相器包括一个NMOS晶体管和一个PMOS晶体管，所述PMOS晶体管的一端连接工作电压Vdd，所述NMOS晶体管的一端接地，所述NMOS晶体管和PMOS晶体管的另一端与反相器的输出端相连。具体测试方法包括：断开测试电路中的反相器10的输入端A1和反相器12的输出端A2，对反相器10的输入端A1施加低电平，所述反相器10、反相器12的PMOS晶体管的栅极受到低电平，所述反相器10、反相器12的PMOS晶体管会产生因为负温度偏压不稳定性导致阈值电压退化；将测试电路中的反相器10的输入端A1和反相器12的输出端A2相连，三个串联的反相器10、11、12形成环形振荡器，通过检测对输入端A1施加低电平前和对输入端A1施加低电平后的环形振荡器的振荡频率，利用两者的振荡频率差判断所述反相器10、反相器12的PMOS晶体管是否因为负温度偏压不稳定性导致阈值电压退化。但随着具有金属栅极的NMOS晶体管越来越普遍，当所述反相器中的NMOS晶体管和PMOS晶体管的栅极结构为金属栅极时，对反相器10的输入端A1施加低电平，所述反相器11的NMOS晶体管的栅极会受到高电平，所述反相器11的NMOS晶体管也会因为正温度偏压不稳定性导致阈值电压退化，两者都会对最终的振荡频率造成影响，使得不能根据最终的振荡频率差判断所述反相器10、反相器12的PMOS晶体管因为负温度偏压不稳定性导致阈值电压退化的程度。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种高精度且可以独立检测的偏压温度不稳定性的检测电路及检测方法。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种偏压温度不稳定性的检测电路，包括：

奇数个基本振荡单元，所述基本振荡单元包括第一晶体管、第二晶体管和第一控制晶体管、第二控制晶体管、输入端、输出端，所述第一晶体管、第一控制晶体管的沟道区的类型与第二晶体管、第二控制晶体管的沟道区的类型相反；

所述第一晶体管和第二晶体管的栅极与输入端相连接，所述第一控制晶体管和第二控制晶体管的栅极与控制电压端电学连接，

所述第一晶体管的第一端、第一控制晶体管的第一端与第一电压端电学连接，所述第一晶体管的第二端、第一控制晶体管的第二端与输出端电学连接，

所述第二晶体管的第一端与第二电压端电学连接，所述第二晶体管的第二端与第二控制晶体管的第一端电学连接，所述第二控制晶体管的第二端与输出端电学连接；