CN109507560B - Mos管阈值电压的wat测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MOS管阈值电压的WAT测试方法，其中，将一片晶圆划分为多个测试单元；对第一个测试单元内的MOS管进行阈值电压测试时，栅极电压从指定的起始电压开始扫描，从第二个测试单元开始，相同MOS管测试时栅极的起始扫描电压采用上一个测试单元中相同MOS管测试的阈值电压，直至所有测试单元完成测试。本发明将每个测试单元间相同MOS管的阈值电压Vt测试联系起来，前一个测试单元MOS管的阈值电压Vt作为后一个测试单元中相同MOS管栅极的起始扫描电压，这样可以快速定位到被测试MOS管的阈值电压Vt，避免重复的栅极电压扫描，从而大量节约阈值电压Vt的测试时间，提升测试效率WPH，实现WAT测试产能的提升。

Description

MOS管阈值电压的WAT测试方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体属于一种MOS管阈值电压的WAT测试方法。
背景技术
随着半导体技术的不断进步，集成电路制造工艺要求日益提高，但是由于集成电路的制造周期较长，成本极高，因此提高制造工艺的生产效率以及产品良率显得尤为重要。半导体晶圆在制作完成后、进行封装前，为了确保晶圆的良率，避免封装的浪费，在半导体制程中需要进行晶圆验收测试(Wafer Acceptance Test，即WAT)，以对晶圆的电学性能进行检测，避免不符合客户要求的器件出厂进而造成损失。
在现有的WAT测试过程中，一片晶圆通常被划分为众多重复的测试单元，每个测试单元的组成、结构以及测试项目都是相同的，如图2所示。
针对每个测试单元中MOS管的阈值电压(Vt)测试一般是采用扫电压测电流的方式，如图1所示，测试前在漏端施加一定的电压Vd，源和基体接0V，栅极从起始扫描电压Vmin按一定的步进Vstep扫到最大电压Vmax。期间每扫一步，进行漏端电流的测试，如果漏端电流达到设定的目标电流值，测试停止，输出此时的栅极电压，即为MOS管的阈值电压，如图3所示。
目前，同一种结构的MOS管在不同的测试单元中会重复出现，并且同一种结构的MOS管的阈值电压的WAT测试方法在不同的测试单元中是相同且独立的，这就造成大量重复不必要的栅极电压扫描来确定相似的阈值电压，从而增加阈值电压的测试时间，浪费WAT产能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MOS管阈值电压的WAT测试方法，可以解决现有WAT测试过程中因相同MOS管的阈值电压测试方法在不同测试单元中相同且独立而造成的栅极电压扫描大量重复的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的MOS管阈值电压的WAT测试方法，包括如下步骤：
步骤S1，将一片晶圆划分为N个测试单元，N为自然数且N≥2；
步骤S2，对第一个测试单元的n个MOS管的阈值电压依次进行测试，n为自然数且n≥1，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流，如果漏端电流未达到设定的目标值而栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，如果漏端电流达到设定的目标电流值，栅极电压即为所测试MOS管的阈值电压；
步骤S3，对下一个测试单元的所有MOS管的阈值电压依次进行测试，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极采用前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为起始扫描电压并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流，如果漏端电流未达到设定的目标值而栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，如果漏端电流达到设定的目标电流值，栅极电压即为所测试MOS管的阈值电压；
步骤S4，重复步骤S3，直至所有测试单元的MOS管阈值电压的WAT测试结束。
进一步的，在步骤S3中，如果被测试MOS管栅极的起始扫描电压采用的前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为ERROR，则按照测试单元的测试顺序依次向前查找阈值电压不是ERROR且与所测试MOS管相同的MOS管，以该MOS管的阈值电压作为起始扫描电压。
优选的，如果被测试单元之前的所有测试单元中与被测试MOS管相同的MOS管的阈值电压均为ERROR，则被测试MOS管的栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描。
其中，在步骤S1中，每个测试单元的组成、结构及测试项目是相同的。
与现有技术相比，本发明将每个测试单元间相同MOS管的阈值电压Vt测试联系起来，前一个测试单元MOS管的阈值电压Vt作为后一个测试单元中相同MOS管栅极的起始扫描电压，这样可以快速定位到被测试MOS管的阈值电压Vt，避免重复的栅极电压扫描，从而大量节约阈值电压Vt的测试时间，提升测试效率WPH(wafer per hour)，实现WAT测试产能的提升。
附图说明
图1为利用扫电压测电流的方式进行阈值电压测试的示意图；
图2为WAT测试单元的示意图；
图3为现有的MOS管阈值电压的WAT测试的流程图；
图4为本发明的MOS管阈值电压的WAT测试的流程图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明并不限于以下的实施方式，根据下面的说明书和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是。附图均采用非常简化的形式，且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的MOS管阈值电压的WAT测试方法，包括如下步骤：
步骤S1，将一片晶圆划分为N个测试单元，N为自然数且N≥2；
步骤S2，对第一个测试单元的n个MOS管的阈值电压依次进行测试，n为自然数且n≥1，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流，如果漏端电流未达到设定的目标值而栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，如果漏端电流达到设定的目标电流值，栅极电压即为所测试MOS管的阈值电压；
步骤S3，对下一个测试单元的所有MOS管的阈值电压依次进行测试，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极采用前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为起始扫描电压并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流，如果漏端电流未达到设定的目标值而栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，如果漏端电流达到设定的目标电流值，栅极电压即为所测试MOS管的阈值电压；
步骤S4，重复步骤S3，直至所有测试单元的MOS管阈值电压的WAT测试结束。
在步骤S3中，如果被测试MOS管栅极的起始扫描电压采用的前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为ERROR，则按照测试单元的测试顺序依次向前查找阈值电压不是ERROR且与所测试MOS管相同的MOS管，以该MOS管的阈值电压作为起始扫描电压。
优选的，如果被测试单元之前的所有测试单元中与被测试MOS管相同的MOS管的阈值电压均为ERROR，则被测试MOS管的栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描。
其中，在步骤S1中，每个测试单元的组成、结构及测试项目是相同的。
对一片晶圆中MOS管阈值电压进行WAT测试的流程如图4所示，其中虚线框内为对每个测试单元进行阈值电压测试的具体流程，具体如下：
步骤A1，将一片晶圆划分为n个测试单元，n为自然数且n≥2；
步骤A2，对第一个测试单元进行阈值电压的测试，具体步骤如下：
步骤A21，对MOS管各端施加电压并进入步骤A22，其中VD＝Vd，VS＝Vb＝0V，栅极的起始扫描电压为VG＝V0＝Vmin；
步骤A22，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则进入步骤A23，否则进入步骤A24；
步骤A23，栅极电压VG增加设定的步进电压Vstep，如果增加后的栅极电压大于设定的最大电压Vmax，则被测MOS管的阈值电压为ERROR并进入步骤A27，否则进入步骤A25；
步骤A24，栅极电压VG减小设定的步进电压Vstep，进入步骤A26；
步骤A25，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则进入步骤A23，否则栅极电压即为被测MOS管的阈值电压Vt1＝VG并进入步骤A27；
步骤A26，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则被测MOS管的阈值电压Vt1＝VG+Vstep并进入步骤A27，否则进入步骤A24；
步骤A27，第一个测试单元的测试结束，进入步骤A3；
步骤A3，对第i个测试单元进行阈值电压的测试，其中i为自然数且1＜i≤n具体步骤如下：
步骤A31，判断前一个测试单元中与被测MOS管相同的MOS管的阈值电压是否为ERROR，如果是，则进入步骤A32，否则进入步骤A33；
步骤A32，按照测试单元的测试顺序依次再向前查找阈值电压不是ERROR且与所测试MOS管相同的MOS管，以该MOS管的阈值电压作为被测MOS管栅极的起始扫描电压，且VD＝Vd，VS＝Vb＝0V，进入步骤A34；
步骤A33，对MOS管各端施加电压并进入步骤A34，其中VD＝Vd，VS＝Vb＝0V，VG＝V0＝Vmin；
步骤A34，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则进入步骤A35，否则进入步骤A36；
步骤A35，栅极电压VG增加设定的步进电压Vstep，如果增加后的栅极电压大于设定的最大电压Vmax，则被测MOS管的阈值电压为ERROR并进入步骤A39，否则进入步骤A37；
步骤A36，栅极电压VG减小设定的步进电压Vstep，进入步骤A38；
步骤A37，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则进入步骤A35，否则栅极电压即为被测MOS管的阈值电压并进入步骤A39；
步骤A38，测量漏端电流ID，如果漏端电流ID小于目标电流值Itarget，则被测MOS管的阈值电压为栅极电压与步进电压之和并进入步骤A39，否则进入步骤A36；
步骤A39，判断i是否大于等于n，如果是，则晶圆测试结果，否则i＝i+1，进入步骤A31。
按照现有的MOS管阈值电压Vt测试方法，单个MOS管的阈值电压Vt进行测试时，通常栅极电压的扫描步数为100步左右，耗时约450ms，而本发明的测试方法可以将相同MOS管的阈值电压Vt的栅极电压扫描步数控制在3步左右，这样每个阈值电压会节省约440ms。例如，正常一片晶圆要测试9个测试单元，每个测试单元要进行60个MOS管阈值电压Vt的测试，经测试计算总计会节省4min。
与现有技术相比，本发明将每个测试单元间相同MOS管的阈值电压Vt测试联系起来，前一个测试单元MOS管的阈值电压Vt作为后一个测试单元中相同MOS管栅极的起始扫描电压，这样可以快速定位到被测试MOS管的阈值电压Vt，避免重复的栅极电压扫描，从而大量节约阈值电压Vt的测试时间，提升测试效率WPH(wafer per hour)，实现WAT测试产能的提升。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (4)

1.一种MOS管阈值电压的WAT测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将一片晶圆划分为N个测试单元，N为自然数且N≥2；
步骤S2，对第一个测试单元的n个MOS管的阈值电压依次进行测试，n为自然数且n≥1，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流；
当栅极电压为起始扫描电压且对应的漏端电流未达到设定的目标电流值时，在起始扫描电压的基础上逐次增加设定的步进电压，如果增加设定的步进电压后，栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，若栅极电压未达到设定的最大电压，以漏端电流首次达到设定的目标电流值所对应的栅极电压作为所测试MOS管的阈值电压；
当栅极电压为起始扫描电压且对应的漏端电流达到设定的目标电流值时，在起始扫描电压的基础上逐次减小设定的步进电压，以漏端电流首次小于设定的目标电流值所对应的栅极电压与设定的步进电压之和作为所测试MOS管的阈值电压；
步骤S3，对下一个测试单元的所有MOS管的阈值电压依次进行测试，所测试MOS管的漏端施加设定电压，源端和基体接0V，栅极采用前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为起始扫描电压并按设定的步进电压进行扫描，每一步扫描都测试漏端电流；
当栅极电压为起始扫描电压且对应的漏端电流未达到设定的目标电流值时，在起始扫描电压的基础上逐次增加设定的步进电压，如果增加设定的步进电压后，栅极电压已大于设定的最大电压，则所测试MOS管的阈值电压为ERROR，若栅极电压未达到设定的最大电压，以漏端电流首次达到设定的目标电流值所对应的栅极电压作为所测试MOS管的阈值电压；
当栅极电压为起始扫描电压且对应的漏端电流达到设定的目标电流值时，在起始扫描电压的基础上逐次减小设定的步进电压，以漏端电流首次小于设定的目标电流值所对应的栅极电压与设定的步进电压之和作为所测试的阈值电压；
步骤S4，重复步骤S3，直至所有测试单元的MOS管阈值电压的WAT测试结束。
2.根据权利要求1所述的MOS管阈值电压的WAT测试方法，其特征在于，在步骤S3中，如果被测试MOS管栅极的起始扫描电压采用的前一个测试单元中相同MOS管的阈值电压为ERROR，则按照测试单元的测试顺序依次向前查找阈值电压不是ERROR且与所测试MOS管相同的MOS管，以该MOS管的阈值电压作为起始扫描电压。
3.根据权利要求2所述的MOS管阈值电压的WAT测试方法，其特征在于，如果被测试单元之前的所有测试单元中与被测试MOS管相同的MOS管的阈值电压均为ERROR，则被测试MOS管的栅极从指定的起始扫描电压开始并按设定的步进电压进行扫描。
4.根据权利要求1所述的MOS管阈值电压的WAT测试方法，其特征在于，在步骤S1中，每个测试单元的组成、结构及测试项目是相同的。
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