CN109212399B - 一种半导体器件高温电特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件高温电特性测试装置及方法，该装置包括：脉冲电源、恒温加热设备、电特性测试设备，在第一预设时间内，脉冲电源向待测器件提供电流脉冲，恒温加热设备对待测器件进行加热；在第一预设时间后，脉冲电源与待测器件的连接断开，恒温加热设备对待测器件进行调温，使待测器件的结温达到并保持目标温度；电特性测试设备对待测器件进行高温电特性测试。通过实施本发明，使待测器件在自身损耗和恒温加热装置的共同作用下加热，升温速度快；电特性测试设备在器件升温过程中不与器件接触，避免受高温影响；脉冲电源与电特性测试设备在测试期间断开，避免两个设备相互影响，使得测试过程更加安全，且可以连续的长时间快速大批量测试。

Description

一种半导体器件高温电特性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体器件高温电特性测试技术领域，具体涉及一种半导体器件高温电特性测试装置及方法。

背景技术

基于半导体材料制作的半导体器件，在实现特定功能的同时自身会产生一定的损耗，这些损耗通常都以热的形式表现出来，使器件本身和环境温度升高。半导体器件的电特性往往因温度的改变而改变。因此半导体器件在生产制造或使用前通常都需要对其在高温下的电特性进行测试，以筛选剔除掉参数不合格的样品。此外，高温条件下的半导体器件电特性测试，还可以使半导体器件在常温下隐藏的问题暴露出来，达到剔除易损坏器件的目的。

目前，对于半导体器件的高温特性测试方法主要有两种：1)通过外部热源，例如加热台、恒温箱加热后，进行测试；2)通过对器件逐步施加电流加热后，进行测试。但是，外部热源加热的方法，热量由外向里逐步传递，整个器件的温度需要较长的时间才能达到内外一致，存在预热耗时长的问题，而待测器件提前预热又会造成器件的高温老化，因此这种测试方法的测试效率低，不适合大批量样品的无损测试筛选。对器件逐步施加电流加热的方法，待测器件在测试过程中温度是持续下降的，将会影响到高温电特性测试结果的准确性，限制了高温电特性测试过程的持续时间。

发明内容

因此，本发明提供一种半导体器件高温电特性测试方法及装置，克服现有技术中的无法快速、准确的实现半导体器件高温电特性测试的缺陷。

本发明实施例提供一种半导体器件高温电特性测试装置，包括：脉冲电源、恒温加热设备、电特性测试设备，其中，在第一预设时间内，所述脉冲电源向待测半导体器件提供电流脉冲，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行加热；在所述第一预设时间后，所述脉冲电源与所述待测半导体器件的连接断开，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行调温，使所述待测半导体器件的结温达到并保持在预设目标温度；所述电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试。

优选地，上述的半导体器件高温电特性测试装置，还包括：控制通信设备，所述控制通信设备向所述脉冲电源发送启动信号，控制所述脉冲电源向所述待测半导体器件发送所述电流脉冲；在所述待测半导体器件的结温达到所述预设目标温度时，所述控制通信设备发出控制信号，控制所述电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试。

优选地，所述控制通信设备还用于控制所述脉冲电源与所述电特性测试设备的时钟同步。

优选地，上述的半导体器件高温电特性测试装置，还包括：活动开关，所述脉冲电源通过所述活动开关与所述待测试半导体器件连接。

优选地，上述的半导体器件高温电特性测试装置，还包括：活动触点，所述电特性测试设备通过所述活动触点与所述待测半导体器件连接。

本发明实施例还提供一种半导体器件高温电特性测试方法，包括如下步骤：

步骤a：在第一预设时间中，控制脉冲电源向待测半导体器件提供电流脉冲，并控制恒温加热设备对所述待测半导体器件进行加热；

步骤b：在所述第一预设时间后，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行调温，使所述待测半导体器件的结温达到并保持在预设目标温度；

步骤c：控制电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试。

优选地，在所述步骤a之前，所述半导体器件高温电特性测试方法，还包括：将所述恒温加热设备的温度升高至所述预设目标温度并保持在所述预设目标温度。

优选地，在所述步骤b之前，所述半导体器件高温电特性测试方法，还包括：所述脉冲电源停止向所述待测半导体器件发送电流脉冲在所述步骤b之前，所述半导体器件高温电特性测试方法还包括：所述脉冲电源停止向所述待测半导体器件发送电流脉冲。

优选地，在所述步骤c之后，所述半导体器件高温电特性测试方法还包括：在第二预设时间间隔后，更换另一待测半导体器件，对所述另一待测半导体器件，执行所述步骤a至步骤c。优选地，所述电流脉冲为根据所述预设目标温度确定的具有预设电流值及预设持续时间的电流脉冲信号。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的半导体器件高温电特性测试装置及方法，同时利用半导体器件流经电流的时候所产生的损耗使其内部温度上升及恒温加热设备使得器件外部温度上升，即待测半导体器件在自身损耗和恒温加热装置的共同作用下得到加热，升温速度快。

2.本发明提供的半导体器件高温电特性测试装置及方法，在电流脉冲结束后，恒温加热设备使得器件温度趋于同一个预设的稳定值，保证各个被测器件的实际温度不受器件本身特性差异的影响。

3.本发明提供的半导体器件高温电特性测试装置及方法，电特性测试设备在待测半导体器件升温过程中不与之接触不会受到高温的影响，脉冲电源与电特性测试设备在测试待测半导体器件期间是断开的，不会相互影响，测试过程更安全，且可以连续的长时间快速大批量测试。

4.本发明提供的半导体器件高温电特性测试装置及方法，控制脉冲电流加热设备和电特性测试设备时钟同步，具有固定的测试流程和测试时间，易于配合机械手等实现全自动测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试装置的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试装置的另一个具体示例的组成图；

图3为本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试方法的一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试方法整个测试周期的示意图；

图5为本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试方法的另一个具体示例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种半导体器件高温电特性测试装置，如图1所示，包括：脉冲电源1、恒温加热设备2、电特性测试设备3。

要对半导体器件进行高温电特性测试，需要对其先进行加热。在本发明实施例中，在第一预设时间内，脉冲电源1向待测半导体器件4提供电流脉冲，恒温加热设备2对待测半导体器件4进行加热。

本发明实施例中，待测半导体器件在流通电流时是具有导通压降的，电流脉冲可根据预设目标温度确定的具有预设电流值及预设持续时间的电流脉冲信号。如图4所示，本发明实施例中，待测半导体器件在预设电流加热时间t1之后被加热到接近测试目标温度T_j-set，例如目标温度T_j-set为150℃，热积累偏小的待测半导体器件被经过持续时间为t1的电流脉冲加热后，结温上升到145℃，另一种情况热积累偏大的待测半导体器件被经过持续时间为t1的电流脉冲加热后，结温上升到155℃。

在具体实施时，脉冲电源1具有可调脉冲持续时间、电流大小和间隔时间的功能，可根据需要测试的目标温度来调节相应的脉冲持续时间和电流的大小。对于同一产品，通过测试少量样品，对脉冲波形进行摸底实验，确定尽可能接近测试目标温度T_j-set的加热电流脉冲波形，脉冲电源发出的电流脉冲波形可以是方波、正弦半波、或三角波。脉冲电源发出的电流脉冲值的大小是可调的，可以是待测样品的额定值，也可以是超过额定值的过电流加热；脉冲电源发出的电流脉冲持续时间是可调的，可以从1ms到60s，根据多次试验可以确定脉冲电源发出多大的电流和其持续的时间来使温度升温到预设的温度(例如：可以使用电流值为10安培的方波电流持续1秒钟使得待测样品升高到150℃)。

在第一预设时间后，脉冲电源1与待测半导体器件4的连接断开，恒温加热设备2对待测半导体器件4进行调温，使待测半导体器件4的结温达到并保持在预设目标温度。在本发明实施例中将待测半导体器件与恒温加热设备紧密接触，如图4所示，经过加热时间t2的恒温加热之后将结温调整达到测试目标温度T_j-set，使得脉冲电源电流加热所达到的结温与测试目标温度T_j-set之间的偏差此时得到消除，实际应用中的加热时间t2根据脉冲电源电流加热所达到的结温与测试目标温度T_j-set之间的偏差，使加热的持续时间t2的长短有所不同。

在待测半导体器件被加热到预设目标温度以后，电特性测试设备3对待测半导体器件4进行高温电特性测试。

在本发明实施例中，在高温条件下对半导体器件进行电特性测试，可以使半导体器件在常温下隐藏的问题暴露出来，达到测试筛选的目的，实际应用中的预设目标温度为一预设的高温，即高于常温的温度。在本发明实施中，经过t3时间后完成对待测半导体器件的测试，电特性测试设备对待测半导体器件进行电特性测试的过程是现有技术，本领域技术人员可知(例如：可以使用半导体器件图示仪完成器件电特性的测试)。

在本发明实施例中，恒温加热设备2，具有温度连续并保持稳定的功能，其温度可根据实际应用进行调节，恒温加热设备2的发热面具有器件测试夹具，测试夹具与恒温加热设备2的发热面保持良好的热接触并实现电隔离。电特性测试设备3具有可活动的测试接触端，在可活动的测试接触端与待测半导体器件4接触的同时，脉冲电源1与待测半导体器件4之间的物理连接断开，不会受到电特性测试设备的影响，例如电特性测试设备在测试过程中产生的高电压有可能损坏与之相连的脉冲电源。

在本发明实施例中，如图2所示，脉冲电源1通过活动开关6与待测试半导体器件4连接，电特性测试设备3通过活动触点7与待测半导体器件4连接。

在一较佳实施例中，如图2所示，上述的半导体器件高温电特性测试装置，还包括：控制通信设备5，控制通信设备5向脉冲电源1发送启动信号，控制脉冲电源1向待测半导体器件4发送电流脉冲；在待测半导体器件4的结温达到预设目标温度时，控制通信设备5发出控制信号，控制电特性测试设备3对待测半导体器件4进行高温电特性测试。

在一较佳实施例中，控制通信设备5还用于控制脉冲电源1与电特性测试设备3的时钟同步。电特性测试设备3将在脉冲电源1开始工作后的设定时间间隔后与待测半导体器件4接触并开始测试。即控制通信设备5同时控制脉冲电源1和电特性测试设备3具有统一的时钟，在脉冲电源1发出电流脉冲一个预设的时间间隔t2后，电特性测试设备3开始工作，进行持续时间t3的电特性测试。

在一较佳实施例中，电特性测试设备3完成高温电特性测试之后，与待测半导体器件4断开，在测后的预设时间间隔t4内取下该半导体器件，电流脉冲在该预设间隔时间后开始发送电流脉冲重复上述脉冲电源1对待测半导体器件4，恒温加热设备2对待测半导体器件4调温至预设目标温度，电特性测试设备3对待测半导体器件进行高温电特性测试的过程。该预设时间间隔根据调温时间和电特性测试时间确定，由于通过控制通信设备5实现电特性测试设备3和脉冲电源1的时钟同步控制完成待测半导体器件的更换，可以是人工的，也可以是通过机械手。本发明实施例中每个半导体器件进行测试的周期是相对固定的，便于自动化的长时间大批量测试。

本发明提供的半导体器件高温电特性测试装置，同时利用半导体器件流经电流的时候所产生的损耗使其内部温度上升及恒温加热设备使得器件外部温度上升，即待测半导体器件在自身损耗和恒温加热装置的共同作用下得到加热，升温速度快。在电流脉冲结束后，恒温加热设备使得器件温度趋于稳定，保证各个被测器件的实际温度不受器件本身特性差异的影响。电特性测试设备在待测半导体器件升温过程中不与之接触不会受到高温的影响，脉冲电源与电特性测试设备在测试待测半导体器件期间是断开的，两个设备不会相互影响，测试结果更准确且可以连续的长时间快速大批量测试。控制脉冲电流加热设备和电特性测试设备时钟同步，具有固定的测试流程和测试时间，易于配合机械手等实现全自动测试。

实施例2

本发明实施例提供一种半导体器件高温电特性测试方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1:在第一预设时间中，控制脉冲电源向待测半导体器件提供电流脉冲，并控制恒温加热设备对待测半导体器件进行加热。本发明实施例中，待测半导体器件在流通电流时是具有导通压降的，电流脉冲可根据预设目标温度确定的具有预设电流值及预设持续时间的电流脉冲信号。

如图4所示，本发明实施例中，待测半导体器件在预设电流加热时间t1之后被加热到接近测试目标温度T_j-set，例如目标温度T_j-set为150℃，热积累偏小的待测半导体器件被经过持续时间为t1的电流脉冲加热后，结温上升到145℃，另一种情况热积累偏大的待测半导体器件被经过持续时间为t1的电流脉冲加热后，结温上升到155℃。

在具体实施时，对于同一产品，通过测试少量样品，对脉冲波形进行摸底实验，确定尽可能接近测试目标温度T_j-set的加热电流脉冲波形，脉冲电源发出的电流脉冲波形可以是方波、正弦半波、或三角波。脉冲电源发出的电流脉冲值的大小是可调的，可以是待测样品的额定值，也可以是超过额定值的过电流加热；脉冲电源发出的电流脉冲持续时间是可调的，可以从1ms到60s，根据多次试验可以确定脉冲电源发出多大的电流和其持续的时间来使温度升温到预设的温度，(例如：可以使用电流值为10安培的方波电流持续1秒钟使得待测样品升高到150℃)。

步骤S2:在第一预设时间后，恒温加热设备对待测半导体器件进行调温，使待测半导体器件的结温达到并保持在预设目标温度。

在本发明实施例中将待测半导体器件与恒温加热设备紧密接触，如图4所示，经过加热时间t2的恒温加热之后将结温调整达到测试目标温度T_j-set，使得脉冲电源电流加热所达到的结温与测试目标温度T_j-set之间的偏差此时得到消除，实际应用中的加热时间t2根据脉冲电源电流加热所达到的结温与测试目标温度T_j-set之间的偏差，使加热的持续时间t2的长短有所不同。

步骤S3:控制电特性测试设备对待测半导体器件进行高温电特性测试。在本发明实施中，电特性测试设备对待测半导体器件进行电特性测试，可以使半导体器件在常温下隐藏的问题暴露出来，达到测试筛选的目的，实际应用中的预设目标温度为一预设的高温，即高于常温的温度。经过t3时间后完成对待测半导体器件的测试，具体的测试过程是现有技术，本领域技术人员可知(例如是：可以使用半导体器件图示仪完成器件电特性的测试)。

在一较佳实施例中，如图5所示，在执行步骤S1之前，该半导体器件高温电特性测试方法还包括：

步骤S11:将恒温加热设备的温度升高至预设目标温度并保持在预设目标温度。

本发明实施例中将恒温加热设备提前加热并保持在预设目标温度，是为了在脉冲电源将待测半导体器件加热至接近测试目标温度后，及时进行调温至预设目标温度。

在本发明实施中，在电特性测试设备进行高温电特性测试过程中，在恒温加热设备的作用下待测半导体器件温度是保持恒定的，恒温加热设备的热容足够大，以保证不受待测样品的影响持续保持在设定的测试目标温度T_j-set。

在一较佳实施例中，如图5所示，在执行步骤S2之前，该半导体器件高温电特性测试方法还包括：

步骤S12：脉冲电源停止向待测半导体器件发送电流脉冲。

本发明实施例中，在待测半导体器件被测试过程中，使脉冲电源与电特性测试设备断开，是为了脉冲电源与电特性测试设备之间不会互相影响，测试过程更加安全，测试结果更加准确。

在一较佳实施例中，电特性测试设备完成高温电特性测试之后，与被测半导体器件断开，如图4所示，在测后时间间隔t4内取下该半导体器件，重复如图5中所示的步骤S1到步骤S3，完成下一个半导体器件样品的测试。

本发明实施例中，如图4所示，(t1+t2+t3+t4)时间段可视为一个完整的测试周期，通过控制通信设备实现电特性测试设备和脉冲电源的时钟同步控制完成待测半导体器件的更换，可以是人工的，也可以是通过机械手。本发明实施例中每个半导体器件进行测试的周期是相对固定的，便于自动化的长时间快速大批量测试。

本发明实施例提供的半导体器件高温电特性测试方法，同时利用半导体器件流经电流的时候所产生的损耗使其内部温度上升及恒温加热设备使得器件外部温度上升，即待测半导体器件在自身损耗和恒温加热装置的共同作用下得到加热，升温速度快。在电流脉冲结束后，恒温加热设备使得器件温度趋于稳定，保证各个被测器件的实际温度不受器件本身特性差异的影响。电特性测试设备在待测半导体器件升温过程中不与之接触不会受到高温的影响，脉冲电源与电特性测试设备在测试待测半导体器件期间是断开的，两个设备不会相互的影响，测试结果更准确且可以连续的长时间快速大批量测试。控制脉冲电流加热设备和电特性测试设备时钟同步，具有固定的测试流程和测试时间，易于配合机械手等实现全自动测试。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种半导体器件高温电特性测试装置，其特征在于，包括：脉冲电源、恒温加热设备、电特性测试设备，其中，

在第一预设时间内，所述脉冲电源向待测半导体器件提供电流脉冲，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行加热；

在所述第一预设时间后，所述脉冲电源与所述待测半导体器件的连接断开，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行调温，使所述待测半导体器件的结温达到并保持在预设目标温度；

所述电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试；

控制通信设备，所述控制通信设备向所述脉冲电源发送启动信号，控制所述脉冲电源向所述待测半导体器件发送所述电流脉冲；在所述待测半导体器件的结温达到所述预设目标温度时，所述控制通信设备发出控制信号，控制所述电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试；所述控制通信设备还用于控制所述脉冲电源与所述电特性测试设备的时钟同步；

电特性测试设备将在脉冲电源开始工作后的设定时间间隔后与待测半导体器件接触并开始测试；

所述电流脉冲为根据所述预设目标温度确定的具有预设电流值及预设持续时间的电流脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的半导体器件高温电特性测试装置，其特征在于，还包括：活动开关，所述脉冲电源通过所述活动开关与所述待测试半导体器件连接。

3.根据权利要求1所述的半导体器件高温电特性测试装置，其特征在于，还包括：活动触点，所述电特性测试设备通过所述活动触点与所述待测半导体器件连接。

4.一种半导体器件高温电特性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a：在第一预设时间中，控制脉冲电源向待测半导体器件提供电流脉冲，并控制恒温加热设备对所述待测半导体器件进行加热；

步骤b：在所述第一预设时间后，所述恒温加热设备对所述待测半导体器件进行调温，使所述待测半导体器件的结温达到并保持在预设目标温度；

步骤c：控制电特性测试设备对所述待测半导体器件进行高温电特性测试；

在所述步骤b之前，所述半导体器件高温电特性测试方法还包括：

所述脉冲电源停止向所述待测半导体器件发送电流脉冲；

在所述步骤c之后，所述半导体器件高温电特性测试方法还包括：

在第二预设时间间隔后，更换另一待测半导体器件，对所述另一待测半导体器件，执行所述步骤a至步骤c；

电特性测试设备将在脉冲电源开始工作后的设定时间间隔后与待测半导体器件接触并开始测试；

所述电流脉冲为根据所述预设目标温度确定的具有预设电流值及预设持续时间的电流脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的半导体器件高温电特性测试方法，其特征在于，在所述步骤a之前，所述半导体器件高温电特性测试方法还包括：

将所述恒温加热设备的温度升高至所述预设目标温度并保持在所述预设目标温度。

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