CN115291070B - 基于动态的hdrb及hdgb测试方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及MOSFET器件的可靠性测试技术，尤其涉及了基于动态的HDRB及HDGB测试方法和装置，用于MOSFET实验过程中，其热平台功能模块用于对测试模块DUT进行加热；VGS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT的动态栅偏试验的偏置电压以及动态反偏及动态栅偏时提供反向截止电压；VDS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT的动态反偏及动态栅偏试验的DS偏置电压；阈值测试模块用于提供测试模块DUT的阈值测试电压。通过本发明设计的测试装置能够在线进行动态的HDRB及HDGB测试，为国内三代半导体器件的发展过程中的可靠性试验提供有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及MOSFET器件的可靠性测试技术，尤其涉及了用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，基于动态的HDRB及HDGB测试方法和装置。
背景技术
为了提高半导体元器件的可靠性，一般需要进行多种可靠性试验。其中HTRB（High-temperature reverse bias，高温反偏）和HTGB（High-temperature gate bias，高温栅偏）为最常见的两种试验方式，可以提前发现芯片生产制造过程中存在的缺陷而引起芯片的失效。
随着新型三代半导体的出现如SiC（碳化硅），GaN（氮化镓）材料MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，半导体场效应晶体管）的发展，对其的可靠性试验提出了新的试验方式，要求在常温或则高温环境下对MOSFET施加动态反向偏置电压试验DRB（Dynamic reverse bias，动态反偏）和DGB（Dynamic gate stress，动态栅偏），模拟半导体器件使用中的实际条件，从而快速发现半导体器件的缺陷。
在现有技术中，SiC材料的MOSFET其阈值电压会随着栅极动态电压施加而产生偏移，其不能进行在线测试，一般测试过程中会将器件取出进行测试。
如现有技术，电子与封装第17卷，第10期Vol. 17，No. 10的文章“高压IGBT 芯片高温测试温度的阈值电压标定”，其通过直流HTRB测试结温，不能很好地进行动态反偏及动态栅偏测试。
发明内容
本发明针对现有技术的测试采用高温环境下施加直流的方式进行稳态反向偏置电压的方式测试，其无法适用于动态反偏及动态栅偏的测试过程中，无法满足HHDRB（High-temperature Dynamic reverse bias，高温动态反偏及动态栅偏）及HHDGB（High-temperature Dynamic gate stress，高温动态栅偏）试验的问题，提供了基于动态的HDRB及HDGB测试方法和装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
基于动态的HDRB及HDGB测试装置，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，其包括VGS高速脉冲电源、阈值测试模块、VDS（Voltage between grid and source，栅极和源极间电压）高速脉冲电源和热平台功能模块；热平台功能模块用于对测试器件MOSFET进行加热；VGS（Voltage between drain and source，漏极和源极间电压）高速脉冲电源用于提供测试器件MOSFET的动态栅偏试验的偏置电压以及动态反偏时提供反向截止电压；VDS高速脉冲电源用于提供测试器件MOSFET的动态反偏试验的DS偏置电压；阈值测试模块用于提供测试器件MOSFET的阈值测试电压。
作为优选，还包括第一切换模块和第二切换模块；第一切换模块和第二切换模块均为功能切换继电器。
作为优选，热平台功能模块通过PID（Proportional Integral Derivative）控制确定测试器件MOSFET的结温。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了基于动态的HDRB及HDGB测试方法，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，其包括动态HTRB试验测试装置；通过所述的测试装置实现的测试方法包括多种实验测试模式，实验测试模式包括HDRB测试模式、HDGB测试模式和阈值测试模式。
作为优选，实现HDRB测试模式的方法包括：第一切换模块和第二切换模块切换到NC（normal close，常闭）触点，VGS高速脉冲电源输出负压直流加载至测试模块DUT（DeviceUnder Test，被测设备）的G端和S端；使得测试模块DUT处于截止状态，VDS高速脉冲电源输出脉冲高压，加载至测试模块DUT的D端和S端；VGS高速脉冲电源和VDS高速脉冲电源的频率电压的设定；
测试模块DUT结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试模块DUT的结温。
作为优选，实现HDGB测试模式的方法包括：第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点；
VDS高速脉冲电源输连接到GND，从而测试器件MOSFET的D端和S端短接；
VGS高速脉冲电源输出的电压加载至MOSFET的G端和S端
VGS高速脉冲电源的频率电压的设定；
测试器件MOSFET结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试器件MOSFET的结温。
作为优选，实现阈值测试模式的方法包括：第一切换模块和第二切换模块切换到NO（normal open，常开）触点；测试器件MOSFET的栅极连接至测试端；测试器件MOSFET的G端和D端短路；控制阈值测试模块的电压，从而对测试器件MOSFET的阈值电压进行测试。
作为优选，测试器件MOSFET的阈值电压进行测试方法包括：控制恒流源电路输出设定的VGS_MAX的电压值，施加t_con时间；控制恒流源电流进入恒流状态使得输出恒流值为IDS，转换过程所用时间为t_VT；恒流源稳定后，所需时间为T_float，测试VGS电压，即为VGth；其中：t_con<100ms；t_VT<10ms；T_float<10ms。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明设计的测试装置能够针对SiC及GaN材料MOSFET器件的HHDRB及HHDGB试验，快速的发现测试器件的缺陷；为国内三代半导体器件的发展过程中的可靠性试验提供有力保障。
本发明设计的测试装置，对于MOSFET器件的阈值动态反偏及动态栅偏及动态栅偏后会偏移，可以在线测试阈值，不用将测试的器件取下。
本发明在HHDRB及HHDGB试验过程中加入阈值测试，通过阈值测试能够确定其确定阈值的偏移；从而验证不同试验条件对阈值电压的影响；进一步快速确定MOSFET器件存在的缺陷。
附图说明
图1是本发明测试装置示意图；
图2是本发明的施加Vgs_max电路图；
图3是本发明的施加阈值电压电路图；
图4是本发明的测试波形图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
基于动态的HDRB及HDGB测试装置，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，通过附图1可知，其包括VGS高速脉冲电源、阈值测试模块、VDS高速脉冲电源和热平台功能模块；热平台功能模块用于对测试模块DUT进行加热；VGS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT的动态栅偏试验的偏置电压以及动态反偏时提供反向截止电压；VDS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT的动态反偏试验的DS偏置电压；阈值测试模块用于提供测试模块DUT的阈值测试电压。
基于动态的HDRB及HDGB测试装置还包括第一切换模块和第二切换模块；第一切换模块和第二切换模块均为功能切换继电器。在附图1中，其第一切换模块为SW1；第二切换模块为SW2。
VGS脉冲电源模块:产生双极性的高频脉冲信号；频率为0～500kHz可调的幅度；幅度为±30V可调的幅度；VDS高速脉冲电源：产生高速、高压的动态脉冲波形；频率为0～100kHz可调的频率；幅度为0～1200V可调的幅度；阈值测试模块为一路恒流源，其最大的电流为20mA、最大的电压为30V；热平台功能模块通过PID控制确定测试模块DUT的结温。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例为基于动态的HDRB及HDGB测试方法，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，其通过所述的测试装置实现的测试方法包括多种实验测试模式，实验测试模式包括HDRB测试模式、HDGB测试模式和阈值测试模式。对于该三种实验测试模式，其通过上位机软件编辑；自由组合。
具体的测试模式包括：HDRB测试模式、HDGB测试模式、阈值测试模式、HDRB测试模式的试验进行HDGB测试模式、HDRB测试模式的试验进行阈值测试模式、HDGB测试模式的试验进行阈值测试模式和HDRB测试模式及HDGB测试模式的实验进行阈值测试模式。
实施例3
在上述实施例基础上，与实施例2所不同的是本实施例的测试方式对于实现HDRB测试模式的方法包括：第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点，VGS高速脉冲电源输出负压直流加载至测试模块DUT的G端和S端；使得测试模块DUT处于截止状态，VDS高速脉冲电源输出脉冲高压，加载至测试模块DUT的D端和S端；
VGS高速脉冲电源和VDS高速脉冲电源的频率电压的设定；
测试模块DUT结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试模块DUT的结温。
实施例4
在上述实施例基础上，与实施例3所不同的是本实施例的测试方式为HDGB测试模式，实现HDGB测试模式的方法为：第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点；VDS高速脉冲电源输连接到GND，从而测试模块DUT的D端和S端短接；VGS高速脉冲电源输出的电压加载至MOSFET的G端和S端；VGS高速脉冲电源的频率电压的设定；测试模块DUT结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试模块DUT的结温。
实施例5
在上述实施例基础上，与实施例3和实施例4所不同的是本实施例的测试方式为阈值测试模式，实现阈值测试模式的测试方法为：
第一切换模块和第二切换模块切换到NO触点；测试模块DUT的栅极连接至测试端；测试模块DUT的G端和D端短路；控制阈值测试模块的电压，从而对测试模块DUT的阈值电压进行测试。
测试模块DUT的阈值电压进行测试方法包括：在图2中，控制恒流源电路输出设定的Vgs_max的电压值，施加t_con时间。
在图3中，控制恒流源电流进入恒流状态使得输出恒流值为IDS，转换过程所用时间为t_VT；恒流源稳定后，所需时间为T_float，测试VGS电压，即为VGth；其中：t_con<100ms，t_VT<10ms，T_float<10ms。针对其测试，具体的测试电压波形图如图4。图4中上方波形图为VDS测试的电压波形图，下方波形图为VDS测试的电压波形图。
Claims (7)
1.基于动态的HDRB及HDGB测试装置，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，包括VGS高速脉冲电源、VDS高速脉冲电源和热平台功能模块；其特征在于，还包括阈值测试模块；热平台功能模块用于对测试模块DUT进行加热；VGS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT，动态栅偏试验时的偏置电压及动态反偏时反向截止电压；VDS高速脉冲电源用于提供测试模块DUT的动态反偏试验的DS偏置电压；阈值测试模块用于提供测试模块DUT的阈值测试电压；还包括第一切换模块和第二切换模块；第一切换模块和第二切换模块均为功能切换继电器；第一切换模块的NC触点与VGS高速脉冲电源连接，第一切换模块的NO触点与阈值测试模块连接，第一切换模块的输出端与测试模块DUT的G端连接；第二切换模块的NC触点与VDS高速脉冲电源连接，第二切换模块的NO触点与测试模块DUT的G端连接，第二切换模块的输出端与测试模块DUT的D端连接；第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点，VGS高速脉冲电源输出负压直流加载至测试模块DUT的G端和S端；使得测试模块DUT处于截止状态，VDS高速脉冲电源输出脉冲高压，加载至测试模块DUT的D端和S端。
2.根据权利要求1所述的基于动态的HDRB及HDGB测试装置，其特征在于，热平台功能模块通过PID控制确定测试模块DUT的结温。
3.基于动态的HDRB及HDGB测试方法，用于MOSFET器件动态反偏及动态栅偏实验中，其特征在于，包括权利要求1-2任一所述的基于动态的HDRB及HDGB测试装置；通过所述的测试装置实现的测试方法包括多种实验测试模式，实验测试模式包括HDRB测试模式、HDGB测试模式和阈值测试模式。
4.根据权利要求3所述的基于动态的HDRB及HDGB测试方法，其特征在于，实现HDRB测试模式的方法包括：
第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点，VGS高速脉冲电源输出负压直流加载至测试模块DUT的G端和S端；使得测试模块DUT处于截止状态，VDS高速脉冲电源输出脉冲高压，加载至测试模块DUT的D端和S端；
VGS高速脉冲电源和VDS高速脉冲电源的频率电压的设定；
测试模块DUT结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试模块DUT的结温。
5.根据权利要求3所述的基于动态的HDRB及HDGB测试方法，其特征在于，实现HDGB测试模式的方法包括：
第一切换模块和第二切换模块切换到NC触点；
VDS高速脉冲电源输连接到GND，从而测试模块DUT的D端和S端短接；
VGS高速脉冲电源输出的电压加载至MOSFET的G端和S端；
VGS高速脉冲电源的频率电压的设定；
测试模块DUT结温的设定，通过控制热平台功能模块设定测试模块DUT的结温。
6.根据权利要求3所述的基于动态的HDRB及HDGB测试方法，其特征在于，实现阈值测试模式的方法包括：
第一切换模块和第二切换模块切换到NO触点；
测试模块DUT的栅极连接至测试端；
测试模块DUT的G端和D端短路；
控制阈值测试模块的电压，从而对测试模块DUT的阈值电压进行测试。
7.根据权利要求6所述的基于动态的HDRB及HDGB测试方法，其特征在于，测试模块DUT的阈值电压进行测试方法包括：
控制恒流源电路输出设定的VGS_MAX的电压值，施加t_con时间；
控制恒流源电流进入恒流状态使得输出恒流值为IDS，转换过程所用时间为t_VT；
恒流源稳定后，所需时间为T_float，测试VGS电压，即为VGth；
其中：t_con<100ms；t_VT<10ms；T_float<10ms。
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Address after: Building 2, No. 6 Shengdi Road, Yuhang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 311121 Patentee after: Hangzhou Zhongan Electronics Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 311123 No.6, Shengli Road, Yuhang street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee before: HANGZHOU ZHONG AN ELECTRONICS Co.,Ltd. Country or region before: China |
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