[发明专利]测试MOS器件温度特性的结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种测试金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）器件温度特性的结构及方法。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展和微电子芯片集成度的大幅提高，集成电路设计和加工水平已经进入纳米MOS时代，虽然单位器件的成本有所降低，但是针对先进工艺技术的流片成本大幅升高，因此测试结构所占用的面积受到制造成本的影响更加显著。随着集成电路技术的发展，在纳米尺度器件的速度得到很大提升的同时，器件功耗也急剧增加，因此针对纳米器件的温度特性的测试十分必要。

常规的对MOS器件温度特性的测试方法是通过整个硅片底盘加热的方式进行测试，该方法需要温度可控的加热硅片底盘设备，在不同温度下测试MOS器件结构的电流特性。如图1所示，为一个包括源极、栅极、漏极和衬底的四端MOS器件结构，通过整个硅片底盘加热的方式在所需的温度下来测量，如图2所示。通过外置温控系统对整个硅片进行温度控制，在不同温度下得到MOS器件的漏极电流随温度的变化而变化，变化关系如图3所示，当温度增加时，MOS器件的漏极电流随温度的变化规律与器件的电压相关，即在栅极的低电压区，漏极电流随温度的升高而升高；在栅电压较高的饱和区，漏极电流随温度的升高而降低。然而，利用外置温控系统对整个硅片进行温度控制，因为加热的面积较大，因此升温过程通常需要数分钟，而且对于不需要测试的器件也会一并加热，影响了温度特性测试的效率。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明解决的是MOS器件温度特性测试时间长、效率低的问题。

（二）技术方案

一种测试MOS器件温度特性的结构，所述结构包括：加热结构、待测试的MOS器件和PN结，所述加热结构为一侧有开口的框型电阻结构，所述MOS器件和所述PN结位于所述加热结构内部。

优选地，所述MOS器件的衬底和源极、所述PN结的N端以及加热结构的一端共接低电位，所述加热结构的另一端接高电位。

优选地，所述PN结用于进行温度校准。

一种测试MOS器件温度特性的方法，包括：

A：利用PN结和外部温控进行第一温度校准，测量在不同温度下PN结的电流，得到PN结第一电流与外部温控温度的第一关系；

B：利用PN结和加热结构进行第二温度校准，通过改变施加在加热结构两端的电流或电压，同时测量所述PN结的电流，得到PN结第二电流和加热结构两端的电流或电压的第二关系；

C：当PN结第一电流和第二电流一致时，根据第一关系和第二关系，得到加热结构电流或电压与外部温控温度的第三关系；

D：在MOS器件的栅极、漏极、衬底和源极端加上固定电压，并对加热结构两端的电流或电压进行线性改变，同时对MOS器件的漏极端电流进行测量，根据加热结构两端的电流或电压与外部温控温度的第三关系得到MOS器件温度特性。

优选地，通过改变MOS器件栅极上的电压，得到MOS器件不同状态下的温度特性。

（三）有益效果

本发明提出的测试MOS器件温度特性的结构及方法，通过利用加热结构快速升温的特点，对MOS器件的局部进行加热，使得升温效果显著加快；只在进行一次温度校准后，通过改变施加在加热结构两端的电流或者电压，使得MOS器件的温度特性的测试一次性就能够完成，提高了温度特性测试的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明背景技术中提出的传统MOS器件测试结构示意图；

图2是本发明背景技术中提出的传统MOS器件温度特性测试外部温控的结构示意图；

图3是本发明背景技术中提出的MOS器件的漏电流随温度变化的结果示意图；

图4是本发明实施例提出的测试MOS器件温度特性的流程图；

图5是本发明实施例提出的测试MOS器件温度特性的测试结构示意图；

图6是本发明实施例提出的MOS器件温度特性测试结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。