[发明专利]双轴应力施加装置及应变MOS芯片输出特性测试方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种双轴应力施加装置及应变MOS芯片输出特性测试方法。

背景技术

应变MOS技术是当前发展的重点，利用应变MOS提高载流子迁移率已经成为研究设计高速/高性能小尺寸MOS芯片与电路的首选方案。目前国内外有关应变MOS芯片与电路的研究报道较多，但对硅MOS施加应力的装置的研究却鲜为提及。应变MOSFET性能提高的本质原因是由于晶格常数的改变，应变MOS中载流子的迁移率高于普通硅材料。换句话说，应变硅器件性能的提升主要是由于应力引入后改变Si的能带结构，从而使器件的迁移率发生较大的改变。由于所施加的双轴应力强度与器件性能的提升存在密切的函数关系，所以从实验上获取它们之间的函数关系，就具有了重要的价值和意义。实验所得到的函数关系可为实践生产提供重要的技术依据。

B.S.Kang等人在“Effect of external strain on the conductivity of AlGaX/GaN high-electron-mobility transistors”(University of Florida,APPLIED PHYSICS LETTERS,VOLUME 83,NUMER 23,8DECEMER2003)一文中提出的晶格形变测试装置主要由弹性悬臂、单轴横杠以及PCB板组成。Ling Xia等人在“Experimental Study of<110>Uniaxial Stress Effects on p-Channel GaAs Quantum–Well FETs”(Massachusetts institute of Technology,IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.58,NO.8,AUGUST 2011)一文中提出的晶格形变测试装置主要由铝片、颚齿、芯片弯曲度测试系统组成。

陈伟伟等人在“晶体管晶格形变导致性能退化的测试装置及方法”(微电子学院，西安电子科技大学.10.19,2012)一文中提出的晶格形变测试装置主要由底座、精密位移平台、垫块、垫片、压块组成。其中底座为长方体，位于装置最下方；精密位移平台位于底座左上方，平台为长方体，四角各用一个螺钉与底座相连；垫块为长方体，位于底座右上方，中间设有3个沉孔，用螺钉与底座相连，沉孔的左侧有三个螺孔，将垫块与载片连接；载片为长方形薄片，左右两端各设有三个通孔，左端用螺钉将其下的精密位移平台和其上的压块相连，右端用螺钉将垫块和压块相连；压块为长方体，位于载片之上，左右两端各一个，通过三个螺钉分别与载片的两端相连。

以上提到的晶体管晶格形变测试装置均存在几个共同的不足之处是：

第一，只能对晶体管施加单轴应力，若想对晶体管施加双轴应力，则此类装置不能满足实际需求；

第二，精密螺杆组件始终固定在装置上，不可拆卸，只有通过螺杆的作用，施加在晶体管上的应力才能始终保持，不便于对施加应力后的晶体管进行微观测试；

第三，测试对象局限，只能对氮化镓、高电子迁移率晶体管以及其他半导体晶体管进行形变性能测试；

第四，间接地对芯片施加应力，因为芯片粘贴在载片上，所以只有对载片施加应力，才能使芯片发生形变。因此对晶体管的尺寸大小要求比较严格，应力测试前需要减薄芯片和切割芯片，使得芯片达到便于测试的尺寸大小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提出一种应力施加装置，并给出了基于该装置的应变MOS芯片性能测试方案，为应力导致硅MOS芯片性能增强的研究与生产提供了重要的技术依据。

具体地，本发明实施例提出的一种双轴应力施加装置，包括：下支架(a)、上支架(b)、顶头(c)及精密螺杆组件(d)；

其中，所述下支架(a)位于所述双轴应力施加装置的下方且包括中空结构的第一圆柱体和位于两端的两个第一长方体，所述第一长方体的一端与所述第一圆柱体的外表面紧密相连，在所述第一长方体的中间设有两个第一沉孔用于使用螺钉将所述上支架(b)和所述下支架(a)相连；

所述上支架(b)位于所述下支架(a)的上方且包括中空结构的第二圆柱体和位于两端的两个第二长方体，所述第二长方体的一端与所述第二圆柱体的外表面紧密相连，在所述第二长方体的中间设有两个第二沉孔，在所述第二圆柱体内部过其截面圆的圆心位置处设置有与所述第二圆柱体内部紧密相连的横杆，所述横杆上设有三个第一螺孔；