CN119165322A - 一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法。属于半导体器件测试技术领域；所述方法包括：进行芯片的版图设计时，引入测试专用的WL、BL和SL；在测试阶段，对所有SL线施加高电平信号，然后依次对所有WL线施加高电平信号，检测MOS管的栅介质是否发生击穿；若确定芯片中存在失效的晶体管，则对具体的失效晶体管进行进一步定位，且，再次对所有SL线施加高电平信号，并依次对每个WL线施加高电平信号，观察各BL线的输出。通过系统化的测试步骤，可以迅速定位晶体管栅介质的失效点，减少测试时间和人力成本。

Description

一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法

技术领域

本发明提出了一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，属于半导体器件测试技术领域。

背景技术

随着时间的推移，集成电路产品会不可避免出现损坏。集成电路中的元器件制造完后便开始退化，直到某些关键元件退化到一定程度后集成电路就不可再使用了。利用被动筛选方式检测产品可靠性的方法成本高、周期长，也无法根本性地提高半导体集成电路可靠性。

为了降低每个器件的成本并且提高性能，器件几何尺寸不断微缩，器件特征尺寸以当前节点的0.7倍进行微缩，遵循摩尔定律，在半导体的成功中发挥了至关重要的作用。而这种微缩导致材料中的电场升高，使材料更接近其击穿强度及金属中的电流密度升高，从而引起电迁移(Electrical Migration，EM)问题。更高的电场会加剧可靠性问题，例如：介质经时击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown, TDDB)、热载流子注入(HotCarrier Injection, HCI)和偏压温度不稳定性(Bias Temperature Instability, BTI)。

栅介质经时击穿(TDDB)是一种重要的常见集成电路失效现象，它是指在强电场下，MOS器件栅介质层由于不同原因引起漏电或击穿，导致器件失效。一般认为其失效机制为：经过一段相对较长的缺陷累积期，导致键断裂及空位形成，由于严重的电流问题导致灾难性热失控，电介质层最终会发生击穿。这种局部的高密度电流和相关的严重焦耳热会导致电介质中形成丝状导电通路，使MOSFET器件中原本隔离的多晶硅栅极与衬底短路，从而使阳极和阴极短路，栅介质击穿会导致集成电路失效，所以一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法可以提高半导体集成电路可靠性，持续地生产出高可靠的IC产品。

发明内容

本发明提供了一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，用以解决如下的技术问题：

1）为了降低每个芯片的成本并且提高性能，晶体管的几何尺寸不断微缩，所以对晶体管的测试的难度也不断电增加，无法直接给晶体管施加电压或者电流，从而对晶体管进行测试。

2）随着芯片内部晶体管的几何尺寸不断微缩。芯片的集成度也不断上升，而面对如此之多的晶体管如何高效率的去测试也是一个问题。

3）通过对芯片的功能测试，可以得出芯片是否失效，但没有办法很好的去找出失效的晶体管是那个。如果可以找到失效了的晶体管，就可以进行分析得出是设计时晶体管的尺寸问题还是工艺的问题，从而进行优化。

本发明提出的一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，所述方法包括：

S1、进行芯片的版图设计时，引入测试专用的WL、BL和SL；

S2、在测试阶段，对所有SL线施加高电平信号，然后依次对所有WL线施加高电平信号，检测MOS管的栅介质是否发生击穿；

S3、若确定芯片中存在失效的晶体管，则对具体的失效晶体管进行进一步定位，且，再次对所有SL线施加高电平信号，并依次对每个WL线施加高电平信号，观察各BL线的输出；

S4、通过对比不同WL线激活时BL线的输出情况，确定具体的失效晶体管位置；

S5、在定位失效晶体管后，对失效晶体管的相关参数进行检查，并对失效原因进行深入分析，基于分析结果确定导致栅介质击穿的具体原因，并进行优化和改进。

进一步的，所述S1，包括：

S11、根据芯片功能需求，进行基本电路布局规划，在芯片边缘或特定测试层中，预留出专门用于栅介质击穿测试的区域；

S12、在测试区域内，设计多条独立的WL，每条WL连接至多个MOS晶体管的栅极；

S13、BL与MOS晶体管的漏极相连，SL与源极相连，在版图文件中标记测试线路。

进一步的，所述S2，包括：

S21、对所有SL线施加一个高于正常操作电压的高电平信号，保证所有源极处于高电位状态；

S22、通过编程控制，逐一对所有WL线施加高电平信号，对正常工作时的栅极电压进行模拟；

S23、在每次激活WL后，对所有BL线的输出状态进行检测；若所有BL线均输出高电平，则相应MOS管的栅介质未发生击穿。

S24、若某条BL线输出低电平，则对该WL与BL的组合进行记录，并标记为潜在失效点。

进一步的，所述S22，包括：

根据芯片的规格书和设计要求，确定栅极电压Vgg的具体值；所述Vgg的具体值高于正常操作电压，但低于栅介质的击穿电压；

设置电压步进，即，不是一次性将栅极电压提高到Vgg，而是以一定的步长逐渐增加，同时观察并记录每个步长下的BL线输出状态；

基于测试脚本，通过自动化测试设备对WL线进行编程控制；

按照测试脚本，逐一对所有WL线施加高电平信号；且在每次施加电压之前，确保所有SL线已处于高电位状态；

在施加电压的同时，通过ATE的内置传感器实时监控所有BL线的输出状态；

在施加栅极电压后，保持一段时间，检查电压是否稳定；若电压波动超出允许范围，则重新调整电压源或测试设备；

对部分WL线进行多次栅极电压施加与撤销的循环测试，评估栅介质在长期工作下的可靠性；

在测试过程中，若发现某条BL线输出低电平，则立即停止当前的WL线测试，并标记该WL与BL的组合为潜在失效点；

记录异常发生时的关键信息，对异常进行初步分析，判断是否是由于栅介质击穿引起的。

进一步的，所述S3，包括：

S31、基于S2的结果，针对标记为潜在失效的WL-BL组合进行再次测试，多次重复S2的步骤，且每次仅激活一个WL，同时观察并记录所有BL的响应；

S32、通过改变SL的电压状态，监测BL响应的变化，进一步缩小失效晶体管的位置范围；

S33、并在测试过程中，利用非破坏性手段在芯片表面标记出确切的失效位置。

进一步的，所述S4，包括：

S41、对所有测试数据进行收集，基于收集的测试数据建立测试数据库；

S42、通过数据分析算法，对测试数据库中的数据进行分析，基于分析结果，对失效模式进行识别；

S43、对定位到的失效晶体管进行I-V特性测试，基于特性测试结果对栅介质损伤程度进行评估；

S44、基于高精度成像技术，通过机器视觉算法对失效晶体管的微观结构进行分析，基于分析结果对物理损伤或缺陷进行判断。

进一步的，所述S42，包括：

通过统计学方法对测试数据中的异常值进行检验，对检测到的异常值，进行标记并剔除；

将测试数据中的相关信息进行格式统一，对测试数据库中各WL或BL组合的失效次数进行统计，识别出频繁失效的组合；

通过聚类算法对测试数据进行分组，识别出具有相似失效特征的群体；

通过关联规则挖掘算法对测试数据中的关联关系进行分析，识别WL激活顺序、BL响应与SL状态之间的潜在联系，以及这些联系与失效模式之间的对应关系；

对于具有时间序列特性的测试数据，运用时间序列分析技术对失效模式的趋势和周期性规律进行识别；

结合工艺知识、设计文档和历史经验，对通过数据分析识别出的失效模式进行验证，并对识别出的失效模式进行优先级排序。

进一步的，所述S43，包括：

使用标准样品对I-V测试设备进行校准，在栅极施加一系列逐渐增加的电压，同时监测漏极电流的变化；当漏极电流开始显著增加时，对应的栅极电压即为阈值电压；记录每个失效晶体管的阈值电压值，并与正常晶体管的阈值电压进行比较；

在固定的栅极电压下，测量漏极电流的大小；记录每个失效晶体管的漏电流值，并分析其与正常晶体管漏电流的差异；

在不同温度下重复进行阈值电压和漏电流测试，评估栅介质损伤的温度依赖性；

比较失效晶体管的阈值电压与正常晶体管的阈值电压，计算阈值电压偏移量；

根据漏电流值和晶体管的有效沟道面积，计算漏电流密度；

基于阈值电压偏移量和漏电流密度的测试结果，结合工艺经验和历史数据，对栅介质损伤程度进行分级；

记录每个失效晶体管的I-V特性测试结果，对测试结果进行深入分析，识别失效晶体管的共同特征。

进一步的，所述S44，包括：

从测试数据库中失效晶体管样品，进行相应处理，根据失效晶体管的预期损伤类型和尺度，进行成像技术选择；

使用SEM和/或TEM对失效晶体管的微观结构进行成像，并采集高质量的图像数据；对采集的图像进行预处理，所述预处理包括去噪、增强对比度、边缘检测；

利用机器视觉算法提取图像中的关键特征，将提取的特征与已知的物理损伤或缺陷特征库进行匹配，识别失效晶体管中的具体物理损伤或缺陷类型；

基于特征匹配和分类的结果，对失效晶体管中的物理损伤程度进行评估，将物理损伤分析结果与之前的失效模式识别和I-V特性测试结果相结合，探讨失效晶体管的失效模式和机理；

记录每个失效晶体管的微观结构分析结果，根据分析结果，编制失效分析报告。

进一步的，所述S5，包括：

S51、基于失效晶体管的尺寸、工艺参数，对可能导致栅介质击穿的具体因素进行分析；

S52、基于分析结果，制定工艺改进措施，所述工艺改进措施包括调整氧化温度以及优化掺杂工艺；

S53、后续设计中，增加冗余结构，建立长期的栅介质质量监控体系，对测试流程与结果进行定期复审。

本发明有益效果：通过系统化的测试步骤，可以迅速定位晶体管栅介质的失效点，减少测试时间和人力成本；利用逐条激活WL线并观察BL线的输出，能够准确确定失效晶体管的位置，降低了传统方法的模糊性；通过结合I-V特性测试和微观结构分析，能够全面评估栅介质的损伤程度及其失效机制，促进产品改进；建立测试数据库并应用数据分析算法，有助于识别频繁失效模式，为后续工艺改进提供依据；基于失效分析结果，可以针对性地进行设计和工艺优化，提高晶体管的可靠性和生产良率；通过建立质量监控体系和定期复审，可以持续提升栅介质的质量控制，降低未来产品的失效风险。

附图说明

图1为本发明所述方法步骤图；

图2为本发明提供的测试晶体管栅介质击穿方法的测试结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，所述方法包括：

S1、设计芯片的版图时，引入测试专用的WL（WordLine，字线）、BL（BitLine，位线）和SL（SourceLine，源线），这些线路在芯片制造过程中被特别保留，用于后续的测试；

S2、在测试阶段，对所有SL线施加高电平信号，然后依次对所有WL线施加高电平信号，此时，若所有BL线都输出高电平信号，则证明所有与该WL线连接的MOS管均未发生栅介质击穿；若某条BL线输出低电平信号，则表明与该WL线和BL线连接的MOS管发生了栅介质击穿；

S3、若确定芯片中存在失效的晶体管，则对具体的失效晶体管进行进一步定位，此时，再次对所有SL线施加高电平信号，然后依次对每个WL线施加高电平信号，并观察各BL线的输出；

S4、通过对比不同WL线激活时BL线的输出情况，确定具体的失效晶体管位置；

S5、在定位失效晶体管后，对失效晶体管的相关参数进行检查，所述相关参数包括尺寸以及工艺参数，并对失效原因进行深入分析，基于分析结果确定导致栅介质击穿的具体原因，并进行优化和改进。

上述技术方案的工作原理为：在芯片设计阶段，特别设计并保留用于测试的WL（字线）、BL（位线）和SL（源线）。这些线路在正常的芯片功能中不参与运算或数据存储，但它们在测试阶段对于检测和定位栅介质击穿至关重要。在测试阶段，首先对所有SL线施加高电平信号，确保所有源极都处于高电位状态。然后，依次对所有WL线施加高电平信号；由于WL线控制着MOS管的栅极，当WL线被激活时，与其连接的MOS管应该被导通。如果所有BL线都输出高电平信号，则所有与该WL线连接的MOS管都处于正常工作状态，栅介质未发生击穿；如果某条BL线输出低电平信号，则表明与该WL线和BL线连接的MOS管栅介质发生了击穿，导致MOS管无法被正常导通。一旦确定芯片中存在失效的晶体管，就需要进行更精确的定位。通过再次对所有SL线施加高电平信号，并依次对每个WL线施加高电平信号，同时观察各BL线的输出情况。通过对比不同WL线激活时BL线的输出，可以确定哪些BL线与失效的晶体管相连，从而定位到具体的失效晶体管位置。在定位到失效晶体管后，需要对其相关参数进行检查，包括尺寸和工艺参数。通过深入分析失效晶体管的参数和工艺过程，可以确定导致栅介质击穿的具体原因。基于分析结果，可以对芯片设计或制造工艺进行优化和改进，以防止未来类似问题的发生。

上述技术方案的效果为：通过专用的测试线路（WL、BL、SL）和有序的测试步骤，该方案能够迅速定位到发生栅介质击穿的晶体管，避免了传统方法中逐个晶体管测试的低效和耗时；通过同时对所有SL线施加高电平信号，然后依次对所有WL线进行测试，可以并行地检查大量晶体管的状态，提高了测试效率；当某条BL线在对应的WL线激活时输出低电平信号，直接指示了与该WL线和BL线连接的MOS管发生了栅介质击穿，提供了明确的失效信息；由于测试是基于电学信号的直接测量，因此该方法对栅介质击穿具有很高的灵敏度，能够检测到微小的击穿事件；在定位失效晶体管后，通过检查其相关参数（如尺寸、工艺参数等），并对失效原因进行深入分析，可以揭示导致栅介质击穿的具体因素，如工艺异常、材料缺陷等；基于失效分析的结果，可以针对性地优化和改进芯片设计或制造工艺，减少未来产品中栅介质击穿的发生，提高产品质量和可靠性；如图2所示，与传统的逐个晶体管测试方法相比，该方案通过集成测试线路，减少了对外部测试硬件的依赖，降低了测试成本；有序的测试步骤和明确的失效指示简化了测试流程，减少了测试人员的操作复杂性和时间成本；由于测试过程的高效性和并行性，该方案适合于大规模生产中的快速质量检测和失效分析；测试专用的WL、BL和SL线路可以很容易地集成到芯片版图中，不会对正常功能产生影响，也不会增加额外的制造复杂度。

本发明的一个实施例，所述S1，包括：

S11、根据芯片功能需求，进行基本电路布局规划，包括逻辑单元以及存储阵列；在芯片边缘或特定测试层中，预留出专门用于栅介质击穿测试的区域；

S12、在测试区域内，设计多条独立的WL，每条WL连接至多个MOS晶体管的栅极；

S13、BL与MOS晶体管的漏极相连，SL与源极相连，在版图文件中标记测试线路，并在制造流程中采取措施保护它们免受加工过程中的意外损伤。

上述技术方案的工作原理为：根据芯片的功能需求，进行逻辑单元和存储阵列等基本电路的布局规划；在芯片的边缘或特定测试层中，预留出专门用于栅介质击穿测试的区域；这个区域与芯片的主要功能区域相隔离，确保测试过程不会对芯片的正常功能产生任何影响；在测试区域内，设计多条独立的WL线路；每条WL线路都连接至多个MOS晶体管的栅极，形成一个测试网络；通过精心设计的WL线路布局，确保测试能够覆盖所有可能的工艺变异；包括不同尺寸的晶体管、不同的栅介质材料、不同的制造工艺步骤等；BL线路与MOS晶体管的漏极相连，SL线路与源极相连；这样的设计使得每条BL和SL线路都能独立控制，便于在测试时施加电压信号；在版图文件中明确标记出测试线路的位置和连接关系，以便在后续的制造和测试过程中能够准确识别和操作；在制造流程中采取措施保护测试线路免受加工过程中的意外损伤。这可能包括使用特殊的保护层、调整加工参数等。

上述技术方案的效果为：通过在芯片边缘或特定测试层中预留测试区域，并设计独立的WL、BL和SL线路，实现了测试功能的集成化，避免了传统测试方法中需要额外测试硬件的繁琐，提高了测试效率；每条WL连接至多个MOS晶体管的栅极，确保了测试能够覆盖所有可能的工艺变异，有助于发现不同工艺条件下栅介质击穿的潜在风险，提高测试的准确性；由于测试线路被巧妙地集成在芯片中，无需额外的测试硬件即可进行测试，从而降低了测试硬件成本。独立的BL和SL线路设计使得测试过程更加简洁明了，减少了测试步骤和复杂度，进一步降低了测试成本；在制造流程中采取措施保护测试线路免受加工过程中的意外损伤，确保了测试线路的完整性和可靠性；测试区域被预留在芯片边缘或特定测试层中，与主要功能区域相隔离，避免了测试过程对芯片正常功能的影响；通过观察BL线路的输出情况，可以快速定位到发生栅介质击穿的晶体管，为后续的失效分析提供了便利；对失效晶体管的相关参数进行检查，并深入分析失效原因，可以揭示导致栅介质击穿的具体因素，为工艺改进提供有力的指导；由于测试过程的高效性和并行性，该方案非常适合于大规模生产中的快速质量检测和失效分析；测试线路的设计易于集成到芯片版图中，且可以根据需要进行扩展，以适应不同规模和复杂度的芯片测试需求。

本发明的一个实施例，所述S2，包括：

S21、对所有SL线施加一个高于正常操作电压的高电平信号（如Vdd+Margin），保证所有源极处于高电位状态；

S22、通过编程控制，逐一对所有WL线施加高电平信号（如Vgg），对正常工作时的栅极电压进行模拟；

S23、在每次激活WL后，对所有BL线的输出状态进行检测；若所有BL线均输出高电平，则相应MOS管的栅介质未发生击穿。

S24、若某条BL线输出低电平，则对该WL与BL的组合进行记录，并标记为潜在失效点。

上述技术方案的工作原理为：对所有SL线施加一个高于正常操作电压的高电平信号（如Vdd+Margin），其中Vdd是芯片的正常操作电压，Margin是一个额外的电压裕量，用于确保测试电压足够高，能够检测到潜在的栅介质击穿；通过编程控制，逐一对所有WL线施加高电平信号（如Vgg），其中Vgg是模拟的栅极电压。这个电压值通常根据芯片的设计规格和测试要求来确定；在每次激活WL后，对所有BL线的输出状态进行检测。若所有BL线均输出高电平，则说明相应MOS管的栅介质未发生击穿，因为栅介质击穿会导致漏极（Drain）与栅极之间的电流泄漏，从而使BL线输出低电平；若某条BL线输出低电平，则对该WL与BL的组合进行记录，并标记为潜在失效点。这意味着与该WL和BL相连的MOS管的栅介质可能发生了击穿。

上述技术方案的效果为：通过逐一对所有WL线施加高电平信号，并检测所有BL线的输出状态，该方案能够全面覆盖芯片中所有的MOS管栅介质，确保无一遗漏；由于测试电压（Vdd+Margin）高于正常操作电压，该方案对栅介质击穿具有更高的灵敏度，能够检测到微小的击穿现象，避免漏检。虽然测试是逐一对WL线进行的，但每个WL线激活后，所有BL线的输出状态可以同时进行检测，实现了并行测试，提高了测试效率。通过编程控制测试过程，实现了测试的自动化，减少了人工干预，进一步提高了测试效率。当某条BL线输出低电平时，该方案能够精确记录对应的WL与BL组合，即失效点的位置，为后续失效分析提供了准确的信息。失效点的准确记录有助于快速定位问题，分析失效原因，为工艺改进提供有力支持。该方案无需额外的测试硬件，只需在芯片设计阶段预留测试线路，降低了测试成本。通过准确的测试，能够及时发现潜在的栅介质击穿问题，避免不良品流入市场，提高了产品良率；在测试过程中，测试线路得到了充分的保护，避免了因测试而导致的额外损伤，增强了测试的可靠性；由于测试电压高于正常操作电压，且测试过程严格控制，避免了因电压波动或干扰而导致的误判现象。

本发明的一个实施例，所述S22，包括：

根据芯片的规格书和设计要求，确定栅极电压Vgg的具体值；所述Vgg的具体值高于正常操作电压，但低于栅介质的击穿电压；

设置电压步进，即，不是一次性将栅极电压提高到Vgg，而是以一定的步长逐渐增加，同时观察并记录每个步长下的BL线输出状态；

基于测试脚本，通过自动化测试设备（如ATE）对WL线进行编程控制；脚本应包含测试序列、电压步进设置、测试时间等参数；

按照测试脚本，逐一对所有WL线施加高电平信号；且在每次施加电压之前，确保所有SL线已处于高电位状态；

在施加电压的同时，通过ATE的内置传感器实时监控所有BL线的输出状态；

在施加栅极电压后，保持一段时间（如几秒钟或几分钟），检查电压是否稳定；若电压波动超出允许范围，则重新调整电压源或测试设备；

对部分WL线进行多次栅极电压施加与撤销的循环测试，评估栅介质在长期工作下的可靠性；

在测试过程中，若发现某条BL线输出低电平，则立即停止当前的WL线测试，并标记该WL与BL的组合为潜在失效点；

记录异常发生时的关键信息，所述关键信息包括栅极电压值、BL线输出状态以及测试时间，对异常进行初步分析，判断是否是由于栅介质击穿引起的。

上述技术方案的工作原理为：根据芯片的规格书和设计要求，确定栅极电压Vgg的具体值，这个值应该高于正常操作电压，但低于栅介质的击穿电压，以确保测试的有效性和安全性；为了避免突然施加高电压对栅介质造成过大的冲击，采用电压步进的方式逐渐增加栅极电压。在每个步长下，观察并记录BL线的输出状态，以便及时发现异常；通过自动化测试设备（ATE）的测试脚本，对WL线进行编程控制。脚本中包含了测试序列、电压步进设置、测试时间等参数，确保测试过程的准确性和可重复性；在施加栅极电压之前，确保所有SL线已处于高电位状态。然后，按照测试脚本，逐一对所有WL线施加高电平信号。在施加电压的同时，通过ATE的内置传感器实时监控所有BL线的输出状态；在施加栅极电压后，保持一段时间（如几秒钟或几分钟），检查电压是否稳定。若电压波动超出允许范围，则重新调整电压源或测试设备，以确保测试的准确性；对部分WL线进行多次栅极电压施加与撤销的循环测试，以评估栅介质在长期工作下的可靠性，有助于发现栅介质在长期应力作用下的潜在问题；在测试过程中，若发现某条BL线输出低电平，则立即停止当前的WL线测试，并标记该WL与BL的组合为潜在失效点。同时，记录异常发生时的关键信息，包括栅极电压值、BL线输出状态以及测试时间，以便对异常进行初步分析。对记录的异常信息进行初步分析，判断是否是由于栅介质击穿引起的。这有助于确定问题的性质，并为后续的失效分析和工艺改进提供有价值的线索。

上述技术方案的效果为：根据芯片的规格书和设计要求，精确确定栅极电压Vgg的具体值，确保测试电压既高于正常操作电压又低于栅介质的击穿电压，从而有效检测栅介质的击穿情况；通过设置电压步进，以一定的步长逐渐增加栅极电压，能够更细致地观察栅介质在不同电压下的表现，提高测试的准确性和灵敏度；在施加电压的同时，通过ATE的内置传感器实时监控所有BL线的输出状态，能够及时发现异常，确保测试的准确性；基于测试脚本，通过自动化测试设备（ATE）对WL线进行编程控制，实现了测试的自动化，减少了人工干预，提高了测试效率；虽然测试是逐一对WL线进行的，但在每次施加电压之前，可以确保所有SL线已处于高电位状态，并且ATE能够同时监控所有BL线的输出状态，实现了某种程度的并行测试，进一步提高了测试效率。在测试过程中，若发现某条BL线输出低电平，则立即停止当前的WL线测试，并精确记录异常发生时的关键信息，包括栅极电压值、BL线输出状态以及测试时间，为后续失效分析提供了准确的数据支持；通过精确记录异常信息，能够快速定位到发生栅介质击穿的MOS管位置，即失效点，为后续修复和改进提供了有力的支持；对部分WL线进行多次栅极电压施加与撤销的循环测试，能够评估栅介质在长期工作下的可靠性，为芯片的长期稳定运行提供了保障。通过循环测试，能够发现栅介质在长期应力作用下的潜在问题，及时采取措施进行修复和改进，预防潜在失效的发生。通过自动化测试和并行测试，减少了测试时间，降低了测试成本。自动化测试和精确记录异常信息提高了测试效率，进一步降低了测试成本。

本发明的一个实施例，所述S3，包括：

S31、基于S2的结果，针对标记为潜在失效的WL-BL组合进行再次测试，多次重复S2的步骤，且每次仅激活一个WL，同时观察并记录所有BL的响应；

S32、通过改变SL的电压状态（如施加不同大小的电压或脉冲），监测BL响应的变化，进一步缩小失效晶体管的位置范围；

S33、并在测试过程中，利用非破坏性手段（如激光标记）在芯片表面标记出确切的失效位置。

上述技术方案的工作原理为：在S2阶段，已经通过一系列测试步骤标记出了潜在失效的WL-BL组合。S31阶段则是对这些组合进行更为深入的测试，以验证S2阶段的结果是否准确，并排除偶然因素的干扰。通过多次重复S2的步骤，并每次仅激活一个WL，可以更加精确地观察并记录所有BL的响应情况。这种测试方法有助于确认哪些WL-BL组合确实存在失效问题，哪些可能是由于偶然因素导致的误判。SL（源极线）的电压状态对晶体管的工作状态有重要影响。通过改变SL的电压状态，如施加不同大小的电压或脉冲，可以进一步观察BL（位线）响应的变化情况。测试方法有助于缩小失效晶体管的位置范围，因为不同的SL电压状态会对不同的晶体管产生影响，从而改变BL的响应。在测试过程中，利用非破坏性手段（如激光标记）在芯片表面标记出确切的失效位置。这种标记方法不会对芯片造成进一步的损害，同时能够为后续的分析和修复工作提供清晰的指示。

上述技术方案的效果为：通过多次重复S2的步骤，并在每次测试中仅激活一个WL，可以更加精确地观察并记录BL的响应，有助于排除由于偶然因素（如噪声、干扰等）导致的误判，从而提高测试的准确性。通过改变SL的电压状态并监测BL响应的变化，可以进一步缩小失效晶体管的位置范围。有助于快速定位到具体的失效区域，为后续的分析和修复工作提供有力支持。在测试过程中，利用非破坏性手段（如激光标记）在芯片表面标记出确切的失效位置，可以大大缩短失效位置定位的时间，提高测试效率。精确的失效位置标记有助于后续对失效原因进行深入分析。通过分析失效区域的晶体管特性、连接方式等，可以进一步了解失效机理，为改进生产工艺和设计提供重要参考。通过精确的测试方法和步骤，可以减少不必要的重复测试次数，可以降低测试成本，提高测试效率。精确的测试方法和高效的测试流程可以充分利用测试资源（如测试设备、测试时间等）。这有助于提高测试资源的利用率，降低测试成本。

本发明的一个实施例，所述S4，包括：

S41、对所有测试数据进行收集，所述测试数据包括WL激活顺序、BL响应以及SL状态，基于收集的测试数据建立测试数据库；

S42、通过数据分析算法，对测试数据库中的数据进行分析，基于分析结果，对失效模式进行识别，所述失效模式包括特定WL或BL组合频繁失效，可能指向特定工艺步骤的问题；

S43、对定位到的失效晶体管进行I-V特性测试，所述特性测试包括阈值电压以及漏电流，基于特性测试结果对栅介质损伤程度进行评估；

S44、基于SEM、TEM等高精度成像技术，通过机器视觉算法对失效晶体管的微观结构进行分析，基于分析结果判断物理损伤或缺陷。

上述技术方案的工作原理为：通过特定的测试设备或系统，对所有相关的测试数据进行全面收集。这些测试数据涵盖了WL（字线）激活顺序、BL（位线）响应以及SL（源线或选择线）状态等关键信息。随后，基于这些收集到的数据，建立一个测试数据库，为后续的数据分析提供基础；利用先进的数据分析算法，对测试数据库中的数据进行深入挖掘和分析。通过对比不同测试条件下的数据差异，识别出潜在的失效模式。这些失效模式可能表现为特定WL或BL组合的频繁失效，从而指向特定的工艺步骤或设计问题。失效模式的识别为后续的定位和修复提供了重要线索；针对已经定位到的失效晶体管，进行I-V（电流-电压）特性测试。测试内容主要包括阈值电压和漏电流等关键参数。通过对比正常晶体管和失效晶体管的I-V特性曲线，可以评估栅介质的损伤程度。这一步骤为后续的微观结构分析提供了重要的参考信息；基于SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）等高精度成像技术，对失效晶体管的微观结构进行细致观察。通过机器视觉算法，对采集到的图像数据进行自动化处理和分析，提取出关键的特征信息。这些特征信息包括缺陷的形状、尺寸、位置和分布等，它们对于判断物理损伤或缺陷的类型和程度至关重要。基于这些分析结果，可以进一步推断出失效的具体原因和机制。

上述技术方案的效果为：通过收集WL激活顺序、BL响应以及SL状态等全面的测试数据，能够更全面地反映器件的工作状态和失效情况，为后续的分析提供坚实的基础；利用数据分析算法对测试数据进行深入分析，能够精准识别出失效模式，如特定WL或BL组合的频繁失效，这有助于快速定位问题所在，减少误判和漏判的可能性；通过对失效晶体管进行I-V特性测试，包括阈值电压和漏电流等关键参数的测量，能够直接反映栅介质的损伤程度，为后续的修复和改进提供有力的依据；通过对比正常晶体管和失效晶体管的I-V特性曲线，可以对栅介质的损伤程度进行量化评估，使得评估结果更加客观、准确；采用SEM、TEM等高精度成像技术，能够清晰、准确地观察到失效晶体管的微观结构，为判断物理损伤或缺陷提供直观的证据；通过引入机器视觉算法，对采集到的图像数据进行自动化处理和分析，能够显著提高分析的效率和准确性，同时降低人为因素带来的误差；通过精准识别失效模式和深入分析微观结构，能够追溯到问题的根源，如特定工艺步骤的问题或材料缺陷等，为后续的工艺改进提供有针对性的建议；基于分析结果，可以对器件的设计进行优化，如调整晶体管的尺寸、改进栅介质材料等，以提高器件的可靠性和稳定性；通过精准识别失效模式和深入分析，能够快速定位到问题所在，减少排查和修复的时间，提高生产效率；通过及时发现和修复失效晶体管，能够降低因器件失效而导致的报废率，从而降低生产成本。

本发明的一个实施例，所述S42，包括：

通过统计学方法（如Z-score、IQR等）对测试数据中的异常值进行检验，所述异常值可能是由于测试设备故障、人为操作失误或环境因素引起的，对于检测到的异常值，进行标记并剔除；

将测试数据中的相关信息进行格式统一，所述相关信息包括WL激活顺序、BL响应以及SL状态，对测试数据库中各WL或BL组合的失效次数进行统计，识别出频繁失效的组合；

通过聚类算法（如K-means、层次聚类等）对测试数据进行分组，识别出具有相似失效特征的群体；

通过关联规则挖掘算法（如Apriori、FP-Growth等）对测试数据中的关联关系进行分析，识别WL激活顺序、BL响应与SL状态之间的潜在联系，以及这些联系与失效模式之间的对应关系；

对于具有时间序列特性的测试数据（如多次测试中的失效次数随时间的变化），运用时间序列分析技术（如ARIMA、LSTM等）对失效模式的趋势和周期性规律进行识别；

结合工艺知识、设计文档和历史经验，对通过数据分析识别出的失效模式进行验证，根据失效模式的严重程度、影响范围、修复成本等因素，并对识别出的失效模式进行优先级排序。

上述技术方案的工作原理为：使用统计学方法（如Z-score、IQR等）对测试数据进行检验，识别出可能的异常值。异常值可能是由于测试设备故障、人为操作失误或环境因素等引起的。对检测到的异常值进行标记并剔除，以提高后续分析的准确性。将测试数据中的相关信息（如WL激活顺序、BL响应、SL状态等）进行格式统一。这有助于确保数据的一致性和可比性，为后续分析提供便利。对测试数据库中各WL或BL组合的失效次数进行统计。通过统计结果，可以识别出频繁失效的组合，为后续的失效模式分析提供重要线索。使用聚类算法（如K-means、层次聚类等）对测试数据进行分组。通过聚类分析，可以识别出具有相似失效特征的群体，进一步揭示失效模式的潜在规律。应用关联规则挖掘算法（如Apriori、FP-Growth等）对测试数据中的关联关系进行分析。通过关联规则挖掘，可以识别WL激活顺序、BL响应与SL状态之间的潜在联系，以及这些联系与失效模式之间的对应关系。对于具有时间序列特性的测试数据（如多次测试中的失效次数随时间的变化），运用时间序列分析技术（如ARIMA、LSTM等）进行分析。时间序列分析有助于识别失效模式的趋势和周期性规律，为预测和预防失效提供科学依据。结合工艺知识、设计文档和历史经验，对通过数据分析识别出的失效模式进行验证。根据失效模式的严重程度、影响范围、修复成本等因素，对识别出的失效模式进行优先级排序。这有助于确定优先处理的失效模式，为后续的修复和改进工作提供指导。

上述技术方案的效果为：通过统计学方法检验并剔除测试数据中的异常值，可以显著减少由于测试设备故障、人为操作失误或环境因素导致的误差。这有助于提高后续数据分析的准确性和可靠性。将测试数据中的相关信息进行格式统一，确保了数据的一致性和可比性。这为后续的数据分析提供了便利，并提高了分析的准确性。对测试数据库中各WL或BL组合的失效次数进行统计，可以快速识别出频繁失效的组合。这有助于聚焦问题区域，为后续的分析和修复工作提供重点。通过聚类算法对测试数据进行分组，可以识别出具有相似失效特征的群体。这有助于发现潜在的失效模式，并为后续的失效原因分析提供线索。应用关联规则挖掘算法分析测试数据中的关联关系，可以揭示WL激活顺序、BL响应与SL状态之间的潜在联系。这有助于理解失效模式与测试参数之间的对应关系，为后续的修复和改进提供指导。对于具有时间序列特性的测试数据，运用时间序列分析技术可以识别失效模式的趋势和周期性规律。这有助于预测未来的失效情况，并为预防性的维护和修复工作提供依据。结合工艺知识、设计文档和历史经验对通过数据分析识别出的失效模式进行验证。这可以确保识别出的失效模式真实可靠，为后续的修复和改进工作提供有力支持。根据失效模式的严重程度、影响范围、修复成本等因素对识别出的失效模式进行优先级排序。这有助于确定优先处理的失效模式，优化修复和改进工作的资源分配。

本发明的一个实施例，所述S43，包括：

使用标准样品对I-V测试设备进行校准，包括校准电流源、电压表和测量电路；在栅极施加一系列逐渐增加的电压，同时监测漏极电流的变化；当漏极电流开始显著增加时，对应的栅极电压即为阈值电压；记录每个失效晶体管的阈值电压值，并与正常晶体管的阈值电压进行比较；

在固定的栅极电压下，测量漏极电流的大小；记录每个失效晶体管的漏电流值，并分析其与正常晶体管漏电流的差异；

在不同温度下重复进行阈值电压和漏电流测试，评估栅介质损伤的温度依赖性；

比较失效晶体管的阈值电压与正常晶体管的阈值电压，通过如下公式计算阈值电压偏移量；

其中，表示失效晶体管的阈值电压；表示正常晶体管的 阈值电压；

根据漏电流值和晶体管的有效沟道面积，通过如下公式计算漏电流密度；

其中，表示漏电流，单位为安培（A），表示晶体管的有效沟道面积， 单位为平方米；

基于阈值电压偏移量和漏电流密度的测试结果，结合工艺经验和历史数据，对栅介质损伤程度进行分级；

记录每个失效晶体管的I-V特性测试结果，包括阈值电压、漏电流、温度依赖性等关键参数，对测试结果进行深入分析，识别失效晶体管的共同特征，如阈值电压偏移量的分布、漏电流密度的变化趋势等。

上述技术方案的工作原理为：使用标准样品对I-V测试设备进行校准，确保测试结果的准确性。校准包括电流源、电压表和测量电路等关键部件。在栅极施加一系列逐渐增加的电压，同时监测漏极电流的变化。当漏极电流开始显著增加时，对应的栅极电压即为阈值电压。记录每个失效晶体管的阈值电压值，并与正常晶体管的阈值电压进行比较。阈值电压偏移量的大小可以反映栅介质中电荷陷阱的数量或栅介质厚度的变化，从而间接评估栅介质的损伤程度。在固定的栅极电压下，测量漏极电流的大小。记录每个失效晶体管的漏电流值，并分析其与正常晶体管漏电流的差异。根据漏电流值和晶体管的有效沟道面积，计算漏电流密度。漏电流密度的增加可能表明栅介质中存在针孔、裂纹或其他缺陷，导致电流泄漏。在不同温度下重复进行阈值电压和漏电流测试。通过比较不同温度下的测试结果，评估栅介质损伤的温度依赖性。基于阈值电压偏移量和漏电流密度的测试结果，结合工艺经验和历史数据，对栅介质损伤程度进行分级。记录每个失效晶体管的I-V特性测试结果，包括阈值电压、漏电流、温度依赖性等关键参数。对测试结果进行深入分析，识别失效晶体管的共同特征，如阈值电压偏移量的分布、漏电流密度的变化趋势等。这有助于进一步了解栅介质损伤的机制和原因，为后续的修复和改进工作提供指导。

上述技术方案的效果为：使用标准样品对I-V测试设备进行校准，确保了测试设备的准确性和可靠性。这有助于减少测试误差，提高测试结果的准确性。通过精确测量阈值电压和漏电流等关键参数，可以准确反映晶体管的性能状态。这有助于及时发现晶体管中的潜在问题，为后续的分析和修复工作提供有力支持。通过比较失效晶体管和正常晶体管的阈值电压，可以计算出阈值电压偏移量。阈值电压偏移量的大小可以反映栅介质中电荷陷阱的数量或栅介质厚度的变化，从而间接评估栅介质的损伤程度。根据漏电流值和晶体管的有效沟道面积，可以计算出漏电流密度。漏电流密度的增加可能表明栅介质中存在针孔、裂纹或其他缺陷，导致电流泄漏。这有助于进一步了解栅介质的损伤情况，为后续的修复和改进工作提供指导。在不同温度下重复进行阈值电压和漏电流测试，可以评估栅介质损伤的温度依赖性。这有助于了解栅介质在不同温度下的性能变化，为后续的可靠性评估和寿命预测提供重要依据。基于阈值电压偏移量和漏电流密度的测试结果，结合工艺经验和历史数据，可以对栅介质损伤程度进行分级。这有助于对栅介质损伤程度进行量化评估，为后续的修复和改进工作提供明确的指导。记录每个失效晶体管的I-V特性测试结果，并对测试结果进行深入分析。这有助于识别失效晶体管的共同特征，如阈值电压偏移量的分布、漏电流密度的变化趋势等。这为后续的故障排查和修复工作提供了重要的线索和依据。

本发明的一个实施例，所述S44，包括：

从测试数据库中选取具有代表性的失效晶体管样品，进行相应处理，所述相应处理包括必要的清洗、切割和薄化处理，根据失效晶体管的预期损伤类型和尺度，进行成像技术选择；例如，SEM适用于观测表面形貌和较大尺寸的缺陷，而TEM则能提供更高分辨率的内部结构信息；

使用SEM和/或TEM对失效晶体管的微观结构进行成像，并采集高质量的图像数据；对采集的图像进行预处理，所述预处理包括去噪、增强对比度、边缘检测；

利用机器视觉算法提取图像中的关键特征，所述关键特征包括缺陷形状、尺寸、位置和分布，将提取的特征与已知的物理损伤或缺陷特征库进行匹配，识别失效晶体管中的具体物理损伤或缺陷类型；

基于特征匹配和分类的结果，对失效晶体管中的物理损伤程度进行评估，如裂纹长度、缺陷密度等。将物理损伤分析结果与之前的失效模式识别（S42）和I-V特性测试（S43）结果相结合，探讨失效晶体管的失效模式和机理；

记录每个失效晶体管的微观结构分析结果，所述分析结果包括成像参数、图像数据、特征提取结果、损伤程度评估、原因分析等，根据分析结果，编制失效分析报告，所述分析报告包括失效晶体管的描述、微观结构分析过程、损伤判断与原因分析、以及建议的改进措施等。

上述技术方案的工作原理为：从测试数据库中选取具有代表性的失效晶体管样品。对选取的样品进行必要的清洗、切割和薄化处理，以确保成像质量；根据失效晶体管的预期损伤类型和尺度，选择合适的成像技术；SEM适用于观测表面形貌和较大尺寸的缺陷。TEM则能提供更高分辨率的内部结构信息；微观结构成像与图像预处理：使用SEM和/或TEM对失效晶体管的微观结构进行成像；对采集的图像进行预处理，包括去噪、增强对比度、边缘检测等，以提高图像质量和分析准确性；利用机器视觉算法提取图像中的关键特征，如缺陷形状、尺寸、位置和分布；将提取的特征与已知的物理损伤或缺陷特征库进行匹配；识别失效晶体管中的具体物理损伤或缺陷类型；基于特征匹配和分类的结果，对失效晶体管中的物理损伤程度进行评估；将物理损伤分析结果与之前的失效模式识别（S42）和I-V特性测试（S43）结果相结合；探讨失效晶体管的失效模式和机理；记录每个失效晶体管的微观结构分析结果；包括成像参数、图像数据、特征提取结果、损伤程度评估、原因分析等；根据分析结果，编制失效分析报告；报告包括失效晶体管的描述、微观结构分析过程、损伤判断与原因分析、以及建议的改进措施等。

上述技术方案的效果为：从测试数据库中选取具有代表性的失效晶体管样品，确保分析结果的普遍性和适用性；使用SEM和/或TEM进行微观结构成像，能够捕捉到失效晶体管中的微小缺陷和损伤，提高分析的准确性；对采集的图像进行去噪、增强对比度和边缘检测等预处理，提高图像质量，减少分析误差；利用机器视觉算法提取图像中的关键特征，并与已知的物理损伤或缺陷特征库进行匹配，实现自动化、高精度的损伤识别和分类；将物理损伤分析结果与之前的失效模式识别（S42）和I-V特性测试（S43）结果相结合，从多个角度探讨失效晶体管的失效模式和机理；记录每个失效晶体管的微观结构分析结果，包括成像参数、图像数据、特征提取结果、损伤程度评估等，为后续分析和改进提供详细的数据支持；对失效晶体管中的物理损伤进行原因分析，明确失效的根本原因；根据分析结果，编制失效分析报告，提出针对性的改进措施和建议，以预防类似失效的再次发生；通过分析失效晶体管的微观结构，可以发现生产工艺中存在的问题和不足，为工艺优化提供重要依据；通过高精度的微观结构分析和机器视觉算法，能够快速定位失效晶体管中的问题区域和损伤类型，提高研发效率；将S44技术方案纳入质量控制流程，可以及时发现和纠正生产过程中的潜在问题，提升产品质量。

本发明的一个实施例，所述S5，包括：

S51、基于失效晶体管的尺寸、工艺参数（如栅氧化层厚度、掺杂浓度等），对可能导致栅介质击穿的具体因素进行分析；并考虑生产过程中的温度、湿度、污染等环境因素对栅介质质量的影响；

S52、基于分析结果，制定工艺改进措施，所述工艺改进措施包括调整氧化温度以及优化掺杂工艺；

S53、后续设计中，增加冗余结构，或采用更可靠的栅介质材料，建立长期的栅介质质量监控体系，对测试流程与结果进行定期复审。

上述技术方案的工作原理为：首先，需明确失效晶体管的尺寸信息，这包括其长度、宽度等物理维度，这些尺寸会直接影响栅介质所承受的电场强度。同时，工艺参数如栅氧化层厚度、掺杂浓度等也是关键因素。栅氧化层越薄，虽然可以提高器件的性能，但也会降低其承受电压的能力，增加击穿的风险。掺杂浓度的变化则会影响栅介质与半导体界面处的电荷分布，从而影响栅介质的击穿电压；生产过程中的温度、湿度、污染等环境因素也会对栅介质的质量产生显著影响。例如，高温可能导致栅氧化层中的缺陷增多，降低其击穿电压；湿度和污染则可能引发栅介质表面的化学反应，导致其性能退化；通过精确控制栅氧化过程中的温度，可以优化栅氧化层的生长质量和微观结构，从而减少缺陷、提高击穿电压；通过调整掺杂工艺的参数，如掺杂源的浓度、掺杂时间和温度等，可以精确控制栅介质与半导体界面处的电荷分布，从而优化栅介质的击穿特性；通过在设计中增加冗余的栅介质结构，可以在一定程度上提高器件的容错能力。当部分栅介质发生击穿时，冗余结构可以接管其功能，确保器件的正常工作；随着材料科学的发展，不断涌现出具有更高击穿电压、更低漏电流和更好稳定性的栅介质材料。通过采用这些新材料，可以显著提高器件的性能和可靠性；为了确保栅介质的质量稳定可控，需要建立一套完善的监控体系。这包括对栅氧化层的生长过程进行实时监测、对栅介质的击穿电压进行定期测试以及对测试结果进行统计分析等。通过这些措施，可以及时发现并解决栅介质质量方面的问题；随着时间的推移和工艺技术的不断进步，原有的测试流程和标准可能不再适用。因此，需要定期对测试流程与结果进行复审，以确保其准确性和有效性。这有助于及时发现潜在的问题并进行改进，从而进一步提高栅介质的可靠性和稳定性。

上述技术方案的效果为：通过S51步骤，该技术方案能够基于失效晶体管的尺寸、工艺参数（如栅氧化层厚度、掺杂浓度等）进行深入分析，精准定位可能导致栅介质击穿的具体因素。同时，考虑生产过程中的温度、湿度、污染等环境因素对栅介质质量的影响，使得分析更加全面和准确。这种精准定位原因的能力有助于后续制定针对性的改进措施，提高栅介质的可靠性和稳定性。S52步骤中，基于S51的分析结果，制定了工艺改进措施，如调整氧化温度以及优化掺杂工艺。这些改进措施能够直接针对栅介质击穿的关键因素进行改进，从而提升栅介质的质量。通过优化工艺参数，可以减少栅介质中的缺陷和杂质，提高其击穿电压和稳定性，从而延长器件的使用寿命。在S53步骤中，通过增加冗余结构或采用更可靠的栅介质材料，进一步增强了器件的可靠性。冗余结构可以在一定程度上弥补栅介质击穿带来的功能损失，确保器件在恶劣环境下仍能正常工作。而采用更可靠的栅介质材料则可以从根本上提高栅介质的性能，降低击穿风险。此外，建立长期的栅介质质量监控体系，对测试流程与结果进行定期复审，能够及时发现并纠正生产过程中的问题，确保栅介质质量的持续稳定。该技术方案通过精准定位栅介质击穿原因、提升栅介质质量和增强器件可靠性，间接提高了生产效率并降低了成本。一方面，减少因栅介质击穿导致的器件失效和报废，降低了生产成本；另一方面，提高器件的可靠性和稳定性，减少了因故障维修和更换带来的停机时间和人力成本。该技术方案的实施过程中，需要对栅介质击穿机理进行深入研究和探索，这有助于推动相关技术的创新和发展。同时，通过采用更先进的工艺和材料，促进了半导体产业的升级和转型。这种技术创新和产业升级不仅提高了栅介质的性能和质量，也为整个半导体产业的发展注入了新的活力和动力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、进行芯片的版图设计时，引入测试专用的WL、BL和SL；

S2、在测试阶段，对所有SL线施加高电平信号，然后依次对所有WL线施加高电平信号，检测MOS管的栅介质是否发生击穿；

S3、若确定芯片中存在失效的晶体管，则对具体的失效晶体管进行进一步定位，且，再次对所有SL线施加高电平信号，并依次对每个WL线施加高电平信号，观察各BL线的输出；

S4、通过对比不同WL线激活时BL线的输出情况，确定具体的失效晶体管位置；

S5、在定位失效晶体管后，对失效晶体管的相关参数进行检查，并对失效原因进行深入分析，基于分析结果确定导致栅介质击穿的具体原因，并进行优化和改进。

2.根据权利要求1所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S1，包括：

S11、根据芯片功能需求，进行基本电路布局规划，在芯片边缘或特定测试层中，预留出专门用于栅介质击穿测试的区域；

S12、在测试区域内，设计多条独立的WL，每条WL连接至多个MOS晶体管的栅极；

S13、BL与MOS晶体管的漏极相连，SL与源极相连，在版图文件中标记测试线路。

3.根据权利要求1所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S2，包括：

S21、对所有SL线施加一个高于正常操作电压的高电平信号，保证所有源极处于高电位状态；

S22、通过编程控制，逐一对所有WL线施加高电平信号，对正常工作时的栅极电压进行模拟；

S23、在每次激活WL后，对所有BL线的输出状态进行检测；若所有BL线均输出高电平，则相应MOS管的栅介质未发生击穿；

S24、若某条BL线输出低电平，则对该WL与BL的组合进行记录，并标记为潜在失效点。

4.根据权利要求3所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S22，包括：

根据芯片的规格书和设计要求，确定栅极电压Vgg的具体值；所述Vgg的具体值高于正常操作电压，但低于栅介质的击穿电压；

设置电压步进，即，不是一次性将栅极电压提高到Vgg，而是以一定的步长逐渐增加，同时观察并记录每个步长下的BL线输出状态；

基于测试脚本，通过自动化测试设备对WL线进行编程控制；

按照测试脚本，逐一对所有WL线施加高电平信号；且在每次施加电压之前，确保所有SL线已处于高电位状态；

在施加电压的同时，通过ATE的内置传感器实时监控所有BL线的输出状态；

在施加栅极电压后，保持一段时间，检查电压是否稳定；若电压波动超出允许范围，则重新调整电压源或测试设备；

对部分WL线进行多次栅极电压施加与撤销的循环测试，评估栅介质在长期工作下的可靠性；

在测试过程中，若发现某条BL线输出低电平，则立即停止当前的WL线测试，并标记该WL与BL的组合为潜在失效点；

记录异常发生时的关键信息，对异常进行初步分析，判断是否是由于栅介质击穿引起的。

5.根据权利要求1所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S3，包括：

S31、基于S2的结果，针对标记为潜在失效的WL-BL组合进行再次测试，多次重复S2的步骤，且每次仅激活一个WL，同时观察并记录所有BL的响应；

S32、通过改变SL的电压状态，监测BL响应的变化，进一步缩小失效晶体管的位置范围；

S33、并在测试过程中，利用非破坏性手段在芯片表面标记出确切的失效位置。

6.根据权利要求1所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S4，包括：

S41、对所有测试数据进行收集，基于收集的测试数据建立测试数据库；

S42、通过数据分析算法，对测试数据库中的数据进行分析，基于分析结果，对失效模式进行识别；

S43、对定位到的失效晶体管进行I-V特性测试，基于特性测试结果对栅介质损伤程度进行评估；

S44、基于高精度成像技术，通过机器视觉算法对失效晶体管的微观结构进行分析，基于分析结果对物理损伤或缺陷进行判断。

7.根据权利要求6所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S42，包括：

通过统计学方法对测试数据中的异常值进行检验，对检测到的异常值，进行标记并剔除；

将测试数据中的相关信息进行格式统一，对测试数据库中各WL或BL组合的失效次数进行统计，识别出频繁失效的组合；

通过聚类算法对测试数据进行分组，识别出具有相似失效特征的群体；

通过关联规则挖掘算法对测试数据中的关联关系进行分析，识别WL激活顺序、BL响应与SL状态之间的潜在联系，以及这些联系与失效模式之间的对应关系；

对于具有时间序列特性的测试数据，运用时间序列分析技术对失效模式的趋势和周期性规律进行识别；

结合工艺知识、设计文档和历史经验，对通过数据分析识别出的失效模式进行验证，并对识别出的失效模式进行优先级排序。

8.根据权利要求6所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S43，包括：

使用标准样品对I-V测试设备进行校准，在栅极施加一系列逐渐增加的电压，同时监测漏极电流的变化；当漏极电流开始显著增加时，对应的栅极电压即为阈值电压；记录每个失效晶体管的阈值电压值，并与正常晶体管的阈值电压进行比较；

在固定的栅极电压下，测量漏极电流的大小；记录每个失效晶体管的漏电流值，并分析其与正常晶体管漏电流的差异；

在不同温度下重复进行阈值电压和漏电流测试，评估栅介质损伤的温度依赖性；

比较失效晶体管的阈值电压与正常晶体管的阈值电压，计算阈值电压偏移量；

根据漏电流值和晶体管的有效沟道面积，计算漏电流密度；

基于阈值电压偏移量和漏电流密度的测试结果，结合工艺经验和历史数据，对栅介质损伤程度进行分级；

记录每个失效晶体管的I-V特性测试结果，对测试结果进行深入分析，识别失效晶体管的共同特征。

9.根据权利要求6所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S44，包括：

从测试数据库中失效晶体管样品，进行相应处理，根据失效晶体管的预期损伤类型和尺度，进行成像技术选择；

使用SEM和/或TEM对失效晶体管的微观结构进行成像，并采集高质量的图像数据；对采集的图像进行预处理；

利用机器视觉算法提取图像中的关键特征，将提取的特征与已知的物理损伤或缺陷特征库进行匹配，识别失效晶体管中的具体物理损伤或缺陷类型；

基于特征匹配和分类的结果，对失效晶体管中的物理损伤程度进行评估，将物理损伤分析结果与之前的失效模式识别和I-V特性测试结果相结合，探讨失效晶体管的失效模式和机理；

记录每个失效晶体管的微观结构分析结果，根据分析结果，编制失效分析报告。

10.根据权利要求1所述一种高效测量晶体管栅介质击穿的方法，其特征在于，所述S5，包括：

S51、基于失效晶体管的尺寸、工艺参数，对可能导致栅介质击穿的具体因素进行分析；

S52、基于分析结果，制定工艺改进措施，所述工艺改进措施包括调整氧化温度以及优化掺杂工艺；

S53、后续设计中，增加冗余结构，建立长期的栅介质质量监控体系，对测试流程与结果进行定期复审。