CN101629979B

CN101629979B - 测试装置

Info

Publication number: CN101629979B
Application number: CN2008100405695A
Authority: CN
Inventors: 廖淼
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: CN101629979A

Abstract

一种测试装置，包括：应力施加单元，测量单元，分别与被测器件一一对应的连接通道和转换开关。每个转换开关包括悬空端、分别与对应的被测器件连接的连接端和分别与对应的连接通道连接的通道端，其中，各个转换开关的悬空端连接在一起。在对被测器件施加应力条件时，应力施加单元与对应的连接通道连接，对应的转换开关的连接端与通道端连接；在对被测器件进行测量时，测量单元与对应于被测量的被测器件的连接通道连接，对应于被测量的被测器件的转换开关的连接端与通道端连接，对应于其它被测器件的转换开关的连接端与悬空端连接。应用所述测试装置进行可靠性测试，可以得到较为准确的测量结果。

Description

测试装置

技术领域

本发明涉及用于半导体器件的可靠性测试的装置。

背景技术

可靠性(Reliability)可以简单描述为产品在正常使用条件下，能顺利工作的使用寿命(Lifetime)，对半导体器件(例如MOS器件)进行可靠性测试是半导体集成电路的制造过程中的重要组成部分。为了在短时间内测得半导体器件的可靠性，通常会使用加速测试实验，即对半导体器件施加加速其性能退化(degrade)的应力条件(stress，是指比正常工作条件高的环境温度、湿度、电压、电流、压力等)，测量其性能参数，进而得到半导体器件在比正常工作条件更严格的工作环境下的使用寿命，再利用生命期模型(LifetimeModel)计算出产品在正常使用条件下的寿命。

对多个半导体器件进行可靠性测试的一种方法如图1所示：

步骤S11，对所有被测器件(DUT，Device Under Test)施加应力条件。

步骤S12，判断是否到达预设的测试时间，若是，则进行步骤S13；若否，则返回到步骤S11。

步骤S13，关断对所有DUT施加的应力条件。

步骤S14，逐个测量并记录每个DUT的性能参数，即测量并记录测量并记录第一个DUT的性能参数，测量并记录第二个DUT的性能参数，......，测量并记录最后一个DUT的性能参数。

步骤S15，判断是否超过了预设的最大测试时间，若是，则结束测试；若否，则返回到步骤S11。

许多可靠性测试项目都采用类似于图1所示的方法，例如，申请号为200410051148.4的中国发明专利申请所公开的一种MOS器件的热载流子注入(HCI，Hot Carrier Injection)效应测量方法。

通常，可靠性测试会应用图2所示的一种测试装置来进行，所示的测试装置包括：分别与DUT1、DUT2、......、DUTn一一对应的多个应力施加单元211、212、......、21n，至少一个测量单元22(图2中所示为3个)和连接单元23。在进行上述步骤S11时，应力施加单元211、212、......、21n通过连接单元23与对应的DUT连接；在进行上述步骤S14时，测量单元22通过连接单元23与需要测量的DUT连接。

连接单元23包括分别与DUT1、DUT2、......、DUTn一一对应的多个连接通道CH1、CH2、......、CHn和多个转换开关SW1、SW2、......、SWn。应力施加单元211、212、......、21n或测量单元22可以连接对应的连接通道CH1、CH2、......、CHn。每个转换开关包括与DUT连接的连接端p1、与连接通道连接的通道端p2、接地端p3和悬空端(Floating)p4，接地端p3相当于测试装置的零点电位。在对所有的DUT施加应力条件时，连接端p1与通道端p2连接；在对其中一个DUT进行测量时，与该DUT对应的转换开关的连接端p1与通道端p2连接，其它的转换开关的连接端p1与悬空端p4连接。另外，在测试过程中，可以利用程序来控制各个转换开关的自动转换。

然而，应用图2所示的测试装置进行可靠性测试会因各个DUT之间的相互干扰而产生测量的结果不准确的问题。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种测试装置，以提高可靠性测试的准确性。

为解决上述问题，本发明提供一种测试装置，包括：应力施加单元，测量单元，分别与被测器件一一对应的连接通道和转换开关，

每个转换开关包括悬空端、分别与对应的被测器件连接的连接端和分别与对应的连接通道连接的通道端，

在对被测器件施加应力条件时，所述应力施加单元与对应的连接通道连接，对应的转换开关的连接端与通道端连接，

在对被测器件进行测量时，所述测量单元与对应于被测量的被测器件的连接通道连接，对应于被测量的被测器件的转换开关的连接端与通道端连接，对应于其它被测器件的转换开关的连接端与悬空端连接，

其中，所述各个转换开关的悬空端连接在一起。

可选的，所述应力施加单元与被测器件一一对应。

可选的，所述转换开关还包括接地端，用于提供测试装置的零点电位。

可选的，所述应力施加单元为电压源单元或感应和测量单元。

可选的，所述测量单元为感应和测量单元。

可选的，所述应力条件为温度、湿度、电压、电流和压力的其中一种。

可选的，所述测试装置还包括控制单元，用于在对DUT施加应力条件时控制应力施加单元和转换开关的连接状态，在对DUT进行测量时控制测量单元和转换开关的连接状态。

可选的，所述测试装置还包括与连接在一起的悬空端连接的保护电路。

与现有技术相比，上述技术方案将各个转换开关的悬空端连接在一起，以减小DUT之间的相互干扰，进而可以得到较为准确的测量结果。

附图说明

图1是对多个半导体器件进行可靠性测试的一种方法的流程图；

图2是现有的一种测试装置的结构示意图；

图3是本发明实施方式的测试装置的结构示意图；

图4是应用图3所示测试装置的测试方法的流程图；

图5是图4所示步骤S24的详细流程图。

具体实施方式

应用图2所示的测试装置测量其中一个DUT时，其它的DUT是连接在对应的转换开关的悬空端p4的，通常，被测的DUT和其它的DUT是在同一晶圆(Wafer)或芯片(Die)上的，在电路连接上，被测的DUT可能会和其它的DUT连接在一起(例如，MOS器件的衬底会连接在一起)，由于电路或测试装置内部的连接导线上的寄生电容、寄生二极管或寄生重电阻(bulkresistor)的存在而使DUT会产生偏压，并且由于图2所示的各个转换开关的悬空端p4是分离的，这样与DUT连接的各个转换开关的悬空端p4上的电压就会不同，进而会在相互连接的DUT之间产生漏电流。因此，被测的DUT就会受到与之连接的DUT的干扰(漏电流的影响)而导致测量的结果不准确。

本发明实施方式的测试装置是将各个转换开关的悬空端连接在一起，使得各个悬空端的电压几乎相同，这样可以降低其它的DUT对被测的DUT的干扰。

请参考图3，本发明实施方式的测试装置包括：分别与DUT1、DUT2、......、DUTn一一对应的应力施加单元211、212、......、21n，至少一个测量单元22和连接单元33。连接单元33包括分别与DUT1、DUT2、......、DUTn一一对应的连接通道CH1、CH2、......、CHn和转换开关SW1、SW2、......、SWn。每个转换开关包括连接端p1、通道端p2和悬空端p4，转换开关SW1、SW2、......、SWn的连接端p1分别与对应的DUT1、DUT2、......、DUTn连接，通道端p2与分别与对应的连接通道CH1、CH2、......、CHn连接，各个转换开关的悬空端p4连接在一起，如图3所示，各个转换开关的悬空端p4都连接到了公共悬空端CF(Common Floating)。

另外，转换开关还可以包括接地端p3，在测试装置中，接地端p3相当于零点电位，其它的电位不论正或负，都是相对于接地端p3的这个零点电位的。对测试装置提供有良好接地的电源是很重要的，如果接地不好，测试装置会由于接地零点偏差而带来所加电压电位的系统误差，而给最终测试结果带来不利的影响。

在对DUT施加应力条件时，应力施加单元211、212、......、21n与对应的连接通道CH1、CH2、......、CHn连接，对应的转换开关的连接端p1与通道端p2连接。例如，应力施加单元211与连接通道CH1连接，转换开关SW1的连接端p1与通道端p2连接；应力施加单元212与连接通道CH2连接，转换开关SW2的连接端p1与通道端p2连接；......；应力施加单元21n与连接通道CHn连接，转换开关SWn的连接端p1与通道端p2连接。应力施加单元是通过连接通道、转换开关连接到DUT的需要施加应力条件的引脚上。

本实施方式中，应力施加单元与DUT一一对应，即应力施加单元的数量与DUT的数量相同，这样就可以同时对所有的DUT施加应力条件。在其它的实施方式中，应力施加单元的数量可以为1个或者为少于DUT的数量的多个，即可以逐个对DUT施加应力条件，或者同时对多个DUT施加应力条件。

在对DUT进行测量时，测量单元22与对应于被测量的DUT的连接通道连接，对应于被测量的DUT的转换开关的连接端p1与通道端p2连接，对应于其它的DUT的转换开关的连接端p1与悬空端p4连接。例如，对第一个DUT进行测量时，测量单元22与连接通道CH1连接，转换开关SW1的连接端p1与通道端p2连接；而其它的转换开关的连接端p1与悬空端p4连接，即转换开关SW2的连接端p1与悬空端p4连接、......、转换开关SWn的连接端p1与悬空端p4连接。测量单元是通过连接通道、转换开关连接到DUT的需要测量的引脚上，测量单元的数量可以根据DUT需要测量的引脚的数量而确定，例如，图3所示的测量单元为3个。

应力施加单元211、212、......、21n可以是电压源单元(VSU，Voltage SourceUnit)，也可以是感应和测量单元(SMU，Sense & Measurement Unit)，或者是其它可以用于施加应力条件的硬件单元。测量单元22可以是SMU，或者是其它可以用于测量的硬件单元。VSU可以用于施加电压、电流等应力条件；SMU可以用于施加温度、湿度、电压、电流、压力等应力条件，也可以用于测量电压、电流等性能参数。

上述测试装置还可以包括控制单元(图中未示)，用于在对DUT施加应力条件时控制应力施加单元和转换开关的连接状态，在对DUT进行测量时控制测量单元和转换开关的连接状态。控制单元可以通过计算机程序来实现，可以利用计算机程序来控制测试过程中的应力施加单元或测量单元的连接或断开，以及各个转换开关的连接转换，从而实现测试自动化。

另外，图3所示的各个转换开关的悬空端p4连接在公共悬空端CF上，因此，还可以在公共悬空端CF连接保护电路，保护电路可以用于消除各个DUT之间的相互干扰或者针对其它会影响测量结果的因素而设计，由此可以进一步提高测试的准确性。

下面结合图4和图5所示的测试方法对图3所示测试装置进行详细说明。

步骤S21，通过连接通道和转换开关将应力施加单元与对应的DUT连接，通过应力施加单元对DUT施加应力条件。将应力施加单元211与连接通道CH1连接，转换开关SW1的连接端p1与通道端p2连接；应力施加单元212与连接通道CH2连接，转换开关SW2的连接端p1与通道端p2连接；......；应力施加单元21n与连接通道CHn连接，转换开关SWn的连接端p1与通道端p2连接，这样，应力施加单元211通过连接通道CH1、转换开关SW1连接到DUT1，应力施加单元212通过连接通道CH2、转换开关SW2连接到DUT2，......，应力施加单元21n通过连接通道CHn、转换开关SWn连接到DUTn。对所有的应力施加单元施加应力条件实际上就是将应力条件施加到所有的DUT上，所述的应力条件例如为温度、湿度、电压、电流、压力等。

步骤S22，判断是否到达预设的测试时间，若是，则进行步骤S23；若否，则返回到步骤S21，保持施加在应力施加单元211、212、......、21n上的应力条件。其中，预设的测试时间根据实际测试的需要设定，例如1s、2s、5s、8s、10s、20s、50s、80s、100s、200s、500s、800s、1000s、2000s、5000s、8000s、10000s等等。

步骤S23，解除对应力施加单元施加的应力条件，断开应力施加单元与对应的DUT的连接。断开应力施加单元211与连接通道CH1的连接，转换开关SW1的连接端p1与悬空端p4连接；断开应力施加单元212与连接通道CH2的连接，转换开关SW2的连接端p1与悬空端p4连接；......；断开应力施加单元21n与连接通道CHn的连接，转换开关SWn的连接端p1与悬空端p4连接，这样就关断了对所有DUT施加的应力条件。

步骤S24，通过连接通道和转换开关将测量单元与被测量的DUT连接，将对应于其它DUT的转换开关的连接端与悬空端连接，测量并记录被测量的DUT的性能参数。

本实施例中，步骤S24是逐个测量并记录DUT的性能参数，如图5所示。在其它实施例中，在测量单元22足够多的情况下，也可以是同时对两个以上DUT进行测量和记录。请参考图5，步骤S24包括：

步骤S241，通过连接通道和转换开关将测量单元22与第一个DUT连接，通过测量单元22测量第一个DUT的性能参数，记录测量结果和测量时间。将测量单元22与连接通道CH1连接，转换开关SW1的连接端p1与通道端p2连接，此时，转换开关SW2的连接端p1与悬空端p4连接、......、转换开关SWn的连接端p1与悬空端p4连接。在测量单元22上测得的性能参数，例如电压、电流，就是第一个DUT的性能参数。由于各个转换开关的悬空端p4是连接在一起的，即各个悬空端p4的电压几乎相同或者说非常接近，这样在第一个DUT和与之连接的DUT之间的漏电流会非常小。因此，第一个DUT就不易受到其它DUT的干扰，测量第一个DUT的性能参数得到的结果就会比较准确。

步骤S242，通过连接通道和转换开关将测量单元22与第二个DUT连接，通过测量单元22测量第二个DUT的性能参数，记录测量结果和测量时间。将测量单元22与连接通道CH2连接，转换开关SW2的连接端p1与通道端p2连接，转换开关SW1的连接端p1与悬空端p2连接，此时，除转换开关SW2，其它的转换开关SW1、......、SWn的连接端p1与悬空端p4连接。在测量单元22上测得的性能参数就是第二个DUT的性能参数。

步骤S24n，通过连接通道和转换开关将测量单元22与最后一个DUT连接，通过测量单元22测量最后一个DUT的性能参数，记录测量结果和测量时间。将测量单元22与连接通道CHn连接，转换开关SWn的连接端p1与通道端p2连接，此时，除转换开关SWn，其它的转换开关SW1、SW2......的连接端p1与悬空端p4连接。在测量单元22上测得的性能参数就是最后一个DUT的性能参数。

请继续参考图4，步骤S25，判断是否超过了预设的最大测试时间，若是，则结束测试；若否，则返回到步骤S21，重复步骤S21至S24的测试过程，再次对所有的DUT施加应力条件，并在解除应力条件后测量每个DUT的性能参数。其中，每次测试过程中，步骤S22所述的预设的测试时间可以相同也可以不同。

综上所述，上述技术方案将各个转换开关的悬空端连接在一起，使得各个悬空端的电压几乎相同，这样可以减小相互连接的DUT之间的漏电流。因此，相比现有技术中各个转换开关的悬空端是分离的来说，上述技术方案在测量其中一个或多个DUT时，被测量的DUT受其它与之连接的DUT的干扰降低了，因而可以得到较为准确的测量结果，也就是说，可靠性测试的准确性提高了。

另外，将各个转换开关的悬空端连接在一起，并通过公共悬空端连接保护电路，相比现有技术中各个转换开关的悬空端是分离的来说，不需要针对每个悬空端来设计对应的保护电路，这样也可以简化测试装置的电路结构。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种测试装置，包括：

应力施加单元，测量单元，分别与被测器件一一对应的连接通道和转换开关，所述被测器件为半导体器件，

其特征在于，所述各个转换开关的悬空端连接在一起。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述应力施加单元与被测器件一一对应。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述转换开关还包括接地端，用于提供测试装置的零点电位。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述应力施加单元为电压源单元或感应和测量单元。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测量单元为感应和测量单元。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述应力条件为温度、湿度、电压、电流和压力的其中一种。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括控制单元，用于在对被测器件施加应力条件时控制应力施加单元和转换开关的连接状态，在对被测器件进行测量时控制测量单元和转换开关的连接状态。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括与连接在一起的悬空端连接的保护电路。