[发明专利]一种CMOS器件极限低温特性评价方法

说明书

本发明提供了一种CMOS器件极限低温特性评价方法，包括以下步骤：步骤1：确定被测CMOS器件与测试参数；步骤2：搭建极限低温测试平台；步骤3：开展常温测试与极限低温测试；步骤4：确定CMOS器件极限低温下的关键参数；步骤5：建立以关键参数表征的CMOS器件应力强度干涉模型；步骤6：计算CMOS器件极限低温失效概率。该方法考虑到在极限低温环境下CMOS器件会出现载流子冻析效应，造成器件的性能参数漂移甚至失效，搭建了一套极限低温测试平台对CMOS器件开展极限低温测试，并根据测试结果，使用应力强度干涉模型评价CMOS器件的极限低温特性，计算出CMOS器件极限低温下的失效概率，此方法弥补了CMOS器件低温测试及评价方面的技术空白，且利于推广实现。

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体器件可靠性测试及评价技术领域，涉及一种CMOS器件的评价方法，特别是一种CMOS器件极限低温特性评价方法。

背景技术

随着科技的进步，航天事业与空间技术快速发展，人类为了进一步拓展对太阳系及宇宙形成与演化的认识，自20世纪中期开启了深空探测的计划，深空探测指人类对月球及更远的天体或空间环境开展的探测活动。依照目前的标准，航天器所用的军用级元器件的正常工作温度范围为-55℃～+125℃，但是深空探测航天器、地外驻留平台所面临的极端温度远超过于元器件的正常工作温度范围。例如，月球的黑夜极限低温可低至-180℃，月球永久阴影区的黑夜温度可低至-230℃；火星表面温度最低可至-140℃；太空空间背景温度可低至-269℃。在空间的极限低温条件下，对于MOSFET器件来说，半导体掺杂物的电离能力变小，大部分载流子会被“冻析”在浅能级杂质上，随之半导体的空穴浓度大量减少，该现象被称为载流子的冻析效应。载流子的冻析效应会造成MOS器件一些参数的变化，如阈值电压、载流子迁移速率、源极和漏极与衬底间PN结电容等，进而导致由器件构成的电路性能变化。

目前，低温微电子学的研究主要集中于理论研究、纯粹的低温仿真模型建立与验证方面，对于CMOS器件低温测试及评价方法的研究尚有不足。因此本方法提出对CMOS器件开展极限低温特性测试并建立评价方法，以评价器件的极限低温特性，弥补现有技术的空白。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种CMOS器件极限低温特性评价方法，该方法考虑到CMOS器件极限低温下载流子冻析效应造成的参数漂移，搭建出一套CMOS器件极限低温测试平台并进行器件参数测试，结合测试结果评价CMOS器件的极限低温特性，评估CMOS器件极限低温下工作的失效概率，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

本发明提供了一种CMOS器件极限低温特性评价方法，该评价方法包括以下步骤：

步骤1，确定被测CMOS器件与测试参数：根据被测CMOS器件，明确该器件的管脚定义、工作条件，以及测试参数、测试条件与参数规定的上下限；

步骤2，搭建极限低温测试平台，该测试平台能够在对被测CMOS器件进行极限低温环境下的管脚连通测试、功能测试和参数测试；

步骤3，开展极限低温测试，记录测试参数在各测定温度下的测试结果；

步骤4，确定CMOS器件极限低温下工作的关键参数，选择极限低温下发生超差或者可能发生超差的参数作为CMOS器件的关键参数；

步骤5，建立以关键参数表征的CMOS器件应力强度干涉模型，得到CMOS器件极限低温下关键参数漂移导致CMOS器件失效的概率；

步骤6，根据极限低温下关键参数漂移导致CMOS器件失效的概率，计算CMOS器件极限低温下工作的失效概率。

本发明提供的一种CMOS器件极限低温特性评价方法，带来了有益的技术效果：

(1)本发明利用现有设备，搭建了一套极限低温测试平台，满足CMOS器件的极限低温测试要求，使得该方法利于推广。