用于监测半导体结构元件的设备和方法技术

用于监测半导体结构元件(100)的设备和方法，其中，在所述半导体结构元件(100)的运行中检测流过所述半导体结构元件(100)的第一电极(102)和第二电极(104)的漏电流，其中，将所述漏电流在比较中与所述漏电流的第一极限值进行比较并且根据所述比较的结果确定输出，和/或，其中，确定出现所述漏电流的极值点、尤其是最大值的时间点并且根据所述时间点确定输出，其中，所述输出包括所述半导体结构元件(100)的状态，并且输出所述输出。并且输出所述输出。并且输出所述输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测半导体结构元件的设备和方法

技术介绍

[0001]本专利技术的出发点是用于监测半导体结构元件的设备和方法。介电击穿在半导体结构元件中始终是在其使用寿命方面的重要相关的因子，所述半导体结构元件由至少两个电极和至少一个位于其间的介电层组成，所述半导体结构元件在施加电压的情况下运行。另一个限制半导体结构元件的使用寿命的因子是高漏电流的产生或由于结构元件的有源区域的破坏而造成的性能下降。

技术实现思路

[0002]通过根据独立权利要求所述的设备和方法，能够在运行中监测具有介电层的半导体结构元件，并且不仅能够确定其缺陷，而且还能够预测剩余的使用寿命(Remaining Useful Life)。除了直至介电击穿的动力学之外，为此还能得出关于在介电击穿之后的劣化过程的结论。因此实现了使用寿命监测，该使用寿命监测根据漏电流水平和/或第一击穿、即“第一峰值”和/或半导体结构元件的性能(这里为极化)而包括漏电流产生以及性能的发展。
[0003]用于监测半导体结构元件的方法设置，在半导体结构元件的运行中检测流过半导体结构元件的第一电极和第二电极的漏电流，其中，将漏电流在比较中与漏电流的第一极限值进行比较并且根据所述比较的结果确定输出，和/或，其中，确定出现漏电流的极值点、尤其是最大值的时间点并且根据所述时间点确定输出，其中，所述输出包括半导体结构元件的状态，并且输出所述输出。这使得能够访问半导体结构元件的内部状态以用于寿命监测。
[0004]能够设置，由多个极限值确定第一极限值，漏电流高于或低于第一极限值，其中，根据第一极限值来确定半导体结构元件的使用寿命的余值，其中，输出包括余值。
[0005]能够设置，根据出现漏电流的极值点、尤其是最大值的时间点来确定半导体结构元件的使用寿命的余值，其中，输出包括余值。
[0006]能够设置，在半导体结构元件的运行中在第一运行模式中检测漏电流，其中，当漏电流高于第一极限值时或当使用寿命的余值大于第一阈值时，半导体结构元件的运行在第一运行模式中继续。
[0007]能够设置，由多个极限值确定第二极限值，其中，半导体结构元件的运行在第二运行模式中继续或当漏电流高于第二极限值时结束所述运行，或者，半导体结构元件的运行在第二运行模式中继续或当使用寿命的余值大于第二阈值时结束所述运行。
[0008]能够设置，预给定参考极限值和参考温度，确定半导体结构元件的当前温度或半导体结构元件的周围环境的当前温度，根据当前温度和参考温度来确定因子，利用所述因子对参考极限值进行缩放，并且，根据经利用所述因子进行缩放的参考极限值来确定第一极限值和/或第二极限值。
[0009]能够设置，确定包括半导体结构元件的状态和对仍剩余的使用寿命的说明的文本，其中，在消息中发送或在人机界面处输出所述文本。
[0010]能够设置，确定预给定用于半导体结构元件的运行模式的控制信号，其中，输出所述控制信号，以便操控半导体结构元件或包括半导体结构元件的设备在运行模式中运行。
[0011]用于监测半导体结构元件的设备包括测量装置、计算装置和输出装置，其中，测量装置构造为用于，在半导体结构元件的运行中检测流过半导体结构元件的第一电极和第二电极的漏电流，其中，计算装置构造为用于，将漏电流在比较中与漏电流的第一极限值进行比较并且根据所述比较的结果确定输出，和/或，其中，计算装置构造为用于，确定出现漏电流的极值点、尤其是最大值的时间点并且根据所述时间点确定输出，其中，所述输出包括半导体结构元件的状态，并且其中，输出装置构造为用于输出所述输出。
[0012]本专利技术还涉及一种微机电系统(即MEMS)、存储器、致动器、微镜、打印头或扬声器，其包括用于监测半导体结构元件的设备和该半导体结构元件。
附图说明
[0013]另外的有利实施方式从以下说明书和附图中得出。在附图中示出：
[0014]图1半导体结构元件的示意图，
[0015]图2用于缺陷的第一分布的第一状态，
[0016]图3用于缺陷的第一分布的第二状态，
[0017]图4用于缺陷的第一分布的第三状态，
[0018]图5用于缺陷的第一分布的第四状态，
[0019]图6用于缺陷的第一分布的第五状态，
[0020]图7根据第一分布的漏电流水平的第一走向，
[0021]图8根据第一分布的漏电流水平的第二走向，
[0022]图9用于缺陷的第二分布的第一状态，
[0023]图10用于缺陷的第二分布的第二状态，
[0024]图11用于缺陷的第二分布的第三状态，
[0025]图12用于缺陷的第二分布的第四状态，
[0026]图13用于缺陷的第二分布的第五状态，
[0027]图14根据第二分布的漏电流水平的走向，
[0028]图15用于监测半导体结构元件的设备，
[0029]图16用于监测半导体结构元件的方法。
具体实施方式
[0030]以下描述利用在介电层中的失效机制的认识，以便在包括一个介电层或多个介电层的半导体结构元件的持续运行中从能测量的改变中推导出关于剩余的使用寿命的预测。该预测能够在安全相关的应用中用于输出个体化的、用途特定的维护指示或警告。
[0031]构件的传统的使用寿命说明、维护间隔或主动监测设计为用于，通过提前更换来防止严重错误或者在为时已晚且存在构件的故障时显示错误。在此，规定的维护/更换间隔是在统计学上求取的，并且通常反映在假设的平均负载曲线下所有零件的整体的非常保守的限度。负载曲线在此是决定性的，但只能被估计。
[0032]与此相对地，根据本专利技术已规定了，在此类半导体结构元件中存在确定性的或者
说能预测的劣化走向，其中，能够观察连续失效或者说逐渐的(graduelles)行为。借助关于该行为的这种认识，能够专门监测构件。在规定的极限值的情况下，能够规划警告或者说受控的更换。由此，维护和更换能够是构件特定的并且根据实际的负载曲线来求取。这对于在实际需要时才更换构件的客户来说示出优势。
[0033]逐渐的行为能够例如是逐渐的漏电流增加或逐渐的功率/性能下降。
[0034]在具有布置在两个电极之间的介电层的半导体结构元件中，可出现漏电流。漏电流走向例如由于缺陷在介电层的电介质与电极之一之间的边界层处的积聚而发生变化。积聚在边界层处的缺陷对势垒高度有影响。在认识到初始势垒高度和描述空间电荷限制电流分量(Space
‑
Charge
‑
Limited
‑
Current)的参数的情况下，能描绘漏电流的时间走向。此外，可描述在第一介电击穿之前和之后的漏电流走向。基于漏电流劣化与性能劣化之间的关联，还可以描述性能损失。
[0035]在一个方面中，监测漏电流。在一个方面中，监测半导体构件的性能。
[0036]能够设置，在监测中评估漏电流水平并且定义第一极限值，根据该第一极限值生成警告并且使用寿命仍具有希望的余值。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测半导体结构元件(100)的方法，其特征在于，在所述半导体结构元件(100)的运行中检测(1602)流过所述半导体结构元件(100)的第一电极(102)和第二电极(104)的漏电流(I)，其中，将所述漏电流(I)在比较中与所述漏电流(I)的第一极限值(700，800，1400)进行比较并且根据所述比较的结果确定(1604)输出(220)，和/或，其中，确定出现所述漏电流(I)的极值点、尤其是最大值的时间点(1604)并且根据所述时间点确定输出(220)，其中，所述输出包括所述半导体结构元件(100)的状态，并且输出(1606)所述输出(220)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由多个极限值确定所述第一极限值(700，800，1400)，所述漏电流(I)高于或低于所述第一极限值，其中，根据所述第一极限值(700，800，1400)来确定(1604)所述半导体结构元件(100)的使用寿命的余值，其中，所述输出(220)包括所述余值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据出现所述漏电流(I)的极值点、尤其是最大值的时间点来确定(1604)所述半导体结构元件(100)的使用寿命的余值，其中，所述输出(220)包括所述余值。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述半导体结构元件(100)的运行中在第一运行模式中检测(1602)所述漏电流(I)，其中，当所述漏电流(I)高于所述第一极限值(700，800)时或当所述使用寿命的余值大于第一阈值时，所述半导体结构元件(100)的运行在所述第一运行模式中继续(1602)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由多个极限值确定第二极限值(1400)，其中，所述半导体结构元件(100)的运行在第二运行模式中继续(1602)或当所述漏电流(I)高于所述第二极限值(1400)时结束所述运行；或者，所述半导体结构元件(100)的运行在第二运行模式中继续(1602)或当所述使用寿命的余值大于第二阈值时结束所述运行。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：