CN101452042A - 场效应管负温度不稳定性的晶片级可靠性平行测试方法 - Google Patents

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一种场效应管负温度不稳定性的WLR测试方法，将场效应管的各个端口通过探针卡与量测单元相连接，来测试场效应管的饱和电流；场效应管的栅极与漏极分别通过探针卡与量测单元相连接；所有场效应管的接地端口串联在一起通过探针卡接在同一个量测单元上；相邻的两个场效应管的源极串联起来通过探针卡接在同一个量测单元上。本测试方法能有效的减少测量时间，并降低静电的影响。

Description

场效应管负温度不稳定性的晶片级可靠性平行测试方法
技术领域
本发明涉及CMOS管的检测领域，尤其涉及一种场效应管负温度不稳定性的WLR(晶片级可靠性测试)平行测试方法。
背景技术
NBTI(Negative Bias Temperature Instability，负温度不稳定性)是检测CMOS技术稳定性的一个重要内容，近年来，器件的负温度不稳定性快速恢复特性越来越受到关注。众所周知，场效应管(MOSFET)的饱和电流从撤去应力电压到量测之间有一定的延迟时间，其具体操作方法是，我们首先测得一个场效应管的饱和电流I0，然后再加一个恒定的应力电压，撤去应力电压后再测得该场效应管的饱和电流，记作I1，然后再加该恒定的应力电压，然后撤去，再一次测得该场效应管的饱和电流，记作I2，依次类推，测得I3、I4、I5、I6......。因此，测量必须在应力电压去掉后迅速完成，而且应力电压还必须在测量完成后尽可能快地恢复。
传统上我们多采用PLR(封装级可靠性测试)来进行NBTI测试，不但测试的周期较长(需要先将晶圆切割并封装成一颗颗的测试样本，然后将测试样本插入测试板，再将其放置于特殊的高温炉内进行测试)，并且从撤去应力电压到进行测试之间的延迟时间较长，在使用Qualitau系统进行测试的时候，该延迟时间多于半个小时，这样就很难量测到真实的系统参数，所以应该尽量的减少这个延迟时间，或者完全避免该延迟时间；并且晶圆在切割、封装和上板的过程中，容易产生静电(ESD)，而静电往往会导致样本的电损伤而报废，所以在进NBTI的测试中，我们要进最大可能的避免静电的干扰。
如图1所示，所加的恒定电压和延迟时间不同时，其饱和电流的退化情况也有很大的不同，在应力电压为2.4V，延迟时间是1ms时，多次测量其饱和电流I0、I1、I2、I3等，其中将I0看作基点1，(I1-I0)/I0记作第二个点，将(I2-I0)/I0记作第三个点，依次类推，并将个点连成顺次连接起来，就形成一条线101；同理当应力电压为2.2V，延迟时间是1ms时，所形成的曲线是102；当应力电压是2.4V，延迟时间是10s时，所形成的曲线是103；当应力电压是2.2V，延迟时间是10s时，所形成的曲线是104。从图中我们可以得出，在加相同电压的情况下，延迟时间不同，所测得的饱和电流的退化曲线的斜率是不同的，而延迟时间相同，所加电压不同的情况下，其饱和电流的退化曲线的斜率是相同的，由此可以得出，饱和电流的退化与延迟时间有着密切的关系，与电压没有太大的关系。
如图2所示，在所加的恒定应力电压是1.6V，环境温度是125摄氏度，延迟时间为1ms时，在退化时间区间203内，多次量测饱和电流，形成了饱和电流变化的上升曲线200，当撤去该电压后，立即以尽可能快的速度反复测量场效应管的饱和电流，发现随着时间的推移，其饱和电流值的变化曲线一直在下降，形成了如图2中饱和电流变化下降曲线202，并且可以看出在应力电压刚撤去的几毫秒特别明显，随着应力撤去时间的推移，电流变化速度逐渐变慢，电流变化曲线的下降幅度区间如201。撤去应力之后的电流变化下降曲线就是我们所谓的NBTI测试的恢复特性。
同时现有PLR测试方法容易导致静电，从而使得样本报废的风险增加。正常情况下，样本不受静电的影响，多颗场效应管各端的电流差异很小，但如图3所示，多颗场效应管G、B、D各端的输出电流起伏较大，很不平稳，其中漏极曲线301，栅极曲线302，接地端曲线303，的波动较大，很不平稳，说明受到静电的影响较大。场效应管在静电影响较大时，容易导致超效应管的损坏失效。引起静电的原因有很多，晶圆在切割、封装和上板等过程中与外界媒质相接触，都会很容易产生静电，从而导致场效应管的失效率大大增加。
现有技术中，也有采用WLR来进行负温度不稳定性测试，但目前每一条切割道上只有22个金属块(pad，一般是铝块)，探针卡一端通过金属块与场效应管的端口相连接，探针卡的另外一端与量测单元相连接，来实现对场效应管饱和电流的测量。而一个场效应管(MOSFET)共有四个端口，源极S，漏极D，栅极G，接地端B，每一个端口只能用一个金属块通过探针卡与量测单元相连接，所以每个切割道上只能有5个场效应管与量测单元相连接，只能测得5个饱和电流(Idsat)，不能减少测试时间。
发明内容
本发明为解决现有的PLR检测方法测量延迟时间长，并且容易受静电的影响，导致样本报废的缺点，提供了一种场效应管负温度不稳定性的WLR平行测试方法。
一种场效应管负温度不稳定性的WLR测试方法，将场效应管的各个端口通过探针卡与量测单元相连接，来测试场效应管的饱和电流；其中场效应管的栅极与漏极分别通过探针卡与量测单元相连接；所有场效应管的接地端口串联在一起通过探针卡接在同一个量测单元上；相邻的两个场效应管的源极串联起来通过探针卡接在同一个量测单元上。
其中所述的场效应管有6到8个；所述的场效应管有8个。
本发明采用了WLR的测试方法，不用将晶圆进行切割、封装，能直接进行快速的测量，不但能减少测量时间，而且能够减少静电的影响。
附图说明
图1为PLR测试条件下不同电压以及不同延迟时间时饱和电流的退化；
图2为PLR测试条件下饱和电流的恢复状况；
图3为PLR测试条件下静电的影响；
图4为WLR测试条件下场效应管的连接方法；
图5为WLR测试条件下不同电压时饱和电流的退化机制。
具体实施方式
本发明进行负温度不稳定性测试时采用了WLR的测试方法，并对其作出了进一步的改进，如图4所示，8个场效应管的接地端B都通过探针卡连接在同一个量测单元上，并且相邻的两个场效应管的源极S可以连接在一起，通过探针卡共同接在同一个量测单元上，场效应管的其它端口D、G分别通过探针卡接在量测单元上，这样一来，每个切割道上可以同时测试8个场效应管的饱和电流，能最大可能的减少测量的时间。
通过测量可以得出，当每个切割道上连接8个场效应管的时候，其测量的时间可以减少到1ms，因此当所加的电压分别为1.32V、1.4V、1.5V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V和2.4V时，8个场效应管的饱和电流示意图如图5所示，其饱和电流的增幅一致，即八条曲线的斜率大致相同，没有太大的变化。这也进一步说明采用改进后的WLR测试，能有效地降低撤去所加电压到测量之间的延迟时间，能够更加迅速的测量出场效应管的饱和电流，能更准确的得到相关的参数。
同时在进行负温度可靠性测试的时候，用WLR测试替代PLR测试，能最大可能的减少静电的影响。在PLR测试时，要对晶圆进行切割、封装，而静电大都是在这个过程中产生的，而在进行WLP平行测试时，不需要对晶圆进行切割封装，所以能最大可能的减少这个过程中产生的静电，使场效应管不受静电的影响，而且也避免场效应管被损坏。
本实施例只是本发明的一个最佳实施方式，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明精神的情况下，均可以做出相应的变动，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1、一种场效应管负温度不稳定性的WLR测试方法，将场效应管的各个端口通过探针卡与量测单元相连接，来测试场效应管的饱和电流；其特征在于，场效应管的栅极与漏极分别通过探针卡与量测单元相连接；所有场效应管的接地端口串联在一起通过探针卡接在同一个量测单元上；相邻的两个场效应管的源极串联起来通过探针卡接在同一个量测单元上。
2、如权利要求要求1所述的一种场效应管负温度不稳定性的WLR测试方法，其特征在于所述的场效应管有6到8个。
3、如权利要求要求1或2所述的一种场效应管负温度不稳定性的WLR测试方法，其特征在于，所述的场效应管有8个。
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