[发明专利]用于预测芯片高温操作寿命的方法及装置

说明书

本发明提供一种用于预测芯片高温操作寿命的方法及装置。所述方法包括：对芯片内影响芯片的高温操作寿命的器件进行偏压温度不稳定性测试，并对芯片进行高温操作寿命测试；基于偏压温度不稳定性测试和高温操作寿命测试的测试结果建立器件的偏压温度不稳定性与芯片的高温操作寿命之间的关系；对随后批次芯片中的器件实施晶圆级偏压温度不稳定性测试；以及基于晶圆级偏压温度不稳定性测试的测试结果和关系预测随后批次芯片的高温操作寿命。本发明所提供的用于预测芯片高温操作寿命的方法及装置能够在高温操作寿命测试结果可用之前及早对器件的高温操作寿命进行预测，以及时反馈给项目团队用于工艺的改进，节省大量的测试时间和精力。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体而言涉及一种用于预测芯片高温操作寿命(High Temperature Operating Life，HTOL)的方法及装置。

背景技术

在高k金属栅极工艺中，芯片内器件的偏压温度不稳定性(Bias TemperatureInstability，BTI)是一项不可忽视的评估项目。BTI效应致使器件参数发生偏移，例如线性、饱和漏电流以及阈值电压等参数。器件阈值电压的偏移会致使芯片的可靠性变差。因此，需要对芯片进行可靠性测试。

在各种可靠性测试中，芯片的高温操作寿命测试用于评估芯片在超热和超电压情况下一段时间的耐久力。现有的HTOL测试是在封装级上进行，并且测试通常需要花费很长的时间。这样，当HTOL性能较差时，对于工艺改进以及项目进度将面临严重的延迟。因此，需要从根本上及早对HTOL进行检测或预测，以加快工艺调整。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于预测芯片高温操作寿命的方法，所述方法包括：对芯片内影响所述芯片的高温操作寿命的器件进行偏压温度不稳定性测试，并对所述芯片进行高温操作寿命测试；基于所述偏压温度不稳定性测试和所述高温操作寿命测试的测试结果建立所述器件的偏压温度不稳定性与所述芯片的高温操作寿命之间的关系；对随后批次芯片中的器件实施晶圆级偏压温度不稳定性测试；以及基于所述晶圆级偏压温度不稳定性测试的测试结果和所述关系预测所述随后批次芯片的高温操作寿命。

在本发明的一个实施例中，所述高温操作寿命测试包括测试所述芯片的最小工作电压的变化随时间的变化。

在本发明的一个实施例中，所述芯片为静态随机存储器，测试所述芯片的最小工作电压包括测试所述静态随机存储器的读操作最小工作电压。

在本发明的一个实施例中，所述影响芯片的高温操作寿命的器件为所述静态随机存储器的下拉晶体管。

在本发明的一个实施例中，所述偏压温度不稳定性测试为对所述下拉晶体管的正偏压温度不稳定性的测试。

在本发明的一个实施例中，所述偏压温度不稳定性测试包括测试所述下拉晶体管的阈值电压的变化随时间的变化。

在本发明的一个实施例中，所述器件的偏压温度不稳定性与所述芯片的高温操作寿命之间的关系表示为单个器件阈值电压退化与存储器读操作最小工作电压退化之间的关系。

在本发明的一个实施例中，所述偏压温度不稳定性测试和所述高温操作寿命测试在相同的测试应力条件下进行。

另一方面，本发明还提供一种用于预测芯片高温操作寿命的装置，所述装置包括：第一测试单元，用于对芯片内影响所述芯片的高温操作寿命的器件进行偏压温度不稳定性测试，并对所述芯片进行高温操作寿命测试；分析单元，用于基于所述偏压温度不稳定性测试和所述高温操作寿命测试的测试结果建立所述器件的偏压温度不稳定性与所述芯片的高温操作寿命之间的关系；第二测试单元，用于对随后批次芯片中的器件实施晶圆级偏压温度不稳定性测试；以及预测单元，用于基于所述晶圆级偏压温度不稳定性测试的测试结果和所述关系预测所述随后批次芯片的高温操作寿命。

在本发明的一个实施例中，所述高温操作寿命测试包括测试所述芯片的最小工作电压的变化随时间的变化。