DE10036177C2 - Verfahren zum Testen von Halbleitereinrichtungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Te­ sten von Halbleitereinrichtungen, um aus diesen fehlerhafte Halbleitereinrichtungen aufzufinden, bei denen der Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband einen gegenüber fehler­ freien Halbleitereinrichtungen niedrigeren Wert hat.

Aus der DE 37 86 203 T2 ist ein Verfahren zum Testen von EPROM-Halbleitern während eines Einbrennungsvorgangs bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Halbleiter mit UV-Licht be­ strahlt und anschließend hinsichtlich ihrer Daten- Haltefähigkeit klassifiziert.

Weiterhin beschreibt die DE 38 06 209 C2 eine Vorrichtung zur Erfassung von Strukturdefekten einer Probe. Dabei wird die Probe mit kohärentem Licht bestrahlt, und das so von der Pro­ be erhaltene Beugungsmuster wird mittels räumlichen Filterns ausgewertet.

Schließlich beschreibt die DE 39 03 296 A1 eine als Gasfühler verwendbare optische Abtastanordnung, bei der eine durch­ stimmbare Lichtquelle ein Spektrum aus regelmäßige Abstände aufweisenden Wellenlängen erzeugt, das bezüglich der Abstände dem Absorptionslinienspektrum eines zu überwachenden Gases entspricht.

Halbleitereinrichtungen, wie insbesondere flüchtige und nicht-flüchtige Speicherchips, werden derzeit auf Waferebene getestet, um fehlerhafte Halbleitereinrichtungen, wie bei­ spielsweise Speicherzellentransistoren mit sogenannten wei­ chen Fehlern aufzufinden. Bei diesen weichen Fehlern kann es sich um zu hohe Leckströme, zu niedrige Einsatzspannungen usw. der Halbleitereinrichtungen handeln.

Als ein Beispiel von Halbleitereinrichtungen werden gemäß betriebsinternem Stand der Technik bisher Speicherchips auf Waferebene getestet, wobei diese Chips Störzy­ klen bei erhöhter Temperatur unterworfen werden: Zunächst werden die Speicherchips beschrieben. Sodann wird die Tempe­ ratur der Speicherchips erhöht. Schließlich folgt ein Ausle­ sen der Speicherchips bei dieser erhöhten Temperatur.

Bei diesem Vorgehen bedingt die Temperaturerhöhung eine Erhö­ hung der Leckströme und somit einen Rückgang der Retentions­ zeit der Speicherchips, um aus diesen solche Speicherchips aussondern zu können, die sich infolge dieser "Alterungsbe­ handlung" als fehlerhaft erwiesen haben.

Nachteilhaft an dem obigen Vorgehen sind die relativ langen Wartezeiten, die zur Änderung der Temperatur der Halbleiter­ chips eingehalten werden müssen. Diese langen Wartezeiten be­ dingen ihrerseits lange Testzeiten, so dass das Testprogramm insgesamt aufwendig ist. Außerdem ist zu bedenken, dass ver­ schiedene Halbleitereinrichtungen für das Testen unterschied­ liche Temperaturbereiche erfordern, was wiederum verschiedene Ausrüstungen für die entsprechenden Testvorrichtungen notwen­ dig macht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren zum Testen von Halbleitereinrichtungen anzugeben, bei dem kein Warten auf Temperaturänderungen erforderlich ist, so dass lange Wartezeiten vermieden werden können, und bei dem außerdem keine aufwendigen Änderungen der Ausrüstung bei ei­ nem Testen unterschiedlicher Halbleitereinrichtungen anzu­ bringen sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Verwendung einer durchstimmba­ ren Lichtquelle, um auf die Halbleitereinrichtungen Licht je­ weils einer bestimmten Wellenlänge und bestimmten Intensität für eine jeweils vorgegebene Zeit zu werfen und so bei Be­ strahlung der Halbleitereinrichtungen mit diesem Licht Elek­ tronen aus dem Valenzband mit zu geringem Abstand zum Lei­ tungsband in das jeweilige Leitungsband zu überführen, ge­ löst.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet so anstelle von Tem­ peraturänderungen zum Auffinden von Speicherzellen mit er­ höhtem Leckstrompotential bei deren Test die Einwirkung von Strahlungsenergie, die von einer durchstimmbaren Lichtquelle abgegeben wird. Durch die Wellenlänge des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes kann direkt die Energie eingestellt werden, welche ein Elektron bei der Halbleitereintichtung er­ halten muss, um aus dem Valenzband in das bei fehlerhaften Halbleitereinrichtungen zu niedrige Leitungsband zu gelangen. Da dieses Springen der Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband praktisch momentan erfolgt, entfallen lange War­ tezeiten, welche bei Temperaturänderungen zwangsläufig auf­ treten. Weiterhin ist infolge der Verwendung der durchstimm­ baren Lichtquelle keine Änderung oder Auswechslung den Ausrü­ stung erforderlich, da die von der Lichtquelle abgestrahlte Energie bzw. die Wellenlänge des von der Lichtquelle abgege­ benen Lichtes ohne weiteres an den bei "schlechten" Halblei­ tereinrichtungen zu niedrigen Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband angepasst werden kann.

Beträgt die benötigte Energie E für die Überführung eines Elektrons aus dem Valenzband in das bei "schlechten" Halblei­ tereinrichtungen zu niedrige Leitungsband beispielsweise 2,5 eV, so ergibt sich mithilfe der bekannten Gleichungen E = hf und c = λf (h = Planck'sche Konstante; f = Frequenz des eingestrahlten Lichtes; c = Lichtgeschwindigkeit) für die Wel­ lenlänge λ ein Wert von 497 nm.

Wesentlich an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit die Erzeugung einer Störgröße durch das Bestrahlen der Halblei­ tereinrichtungen mit einer Lichtquelle, deren Farbtemperatur stufenlos regelbar ist. Mit anderen Worten, es wird eine Lichtquelle verwendet, bei der die Wellenlänge des abge­ strahlten Lichtes voreinstellbar ist. Damit kann direkt die Energie eingestellt werden, die auf die Halbleitereinrichtun­ gen einwirkt, so dass ohne weiteres Elektronen aus dem Va­ lenzband dieser Halbleitereinrichtungen in gegebenenfalls ein zu niedriges Leitungsband gebracht werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird so eine durchstimm­ bare Lichtquelle verwendet, die gegebenenfalls in einen Wa­ ferprober eingebaut sein kann, welcher die Halbleitereinrich­ tung einem Testzyklus unterwirft. In diesem Waferprober kön­ nen die Halbleitereinrichtungen, also insbesondere ein Wafer, unter der Lichtquelle justiert werden. Ebenso ist es aber auch möglich, die Lichtquelle über dem Wafer zu justieren. Wichtig ist dabei lediglich, dass die Lichtquelle genau in Bezug auf die Halbleitereinrichtungen, im vorliegenden Bei­ spiel also in Bezug auf den Wafer, justiert werden kann.

Anstelle einer Lichtquelle können gegebenenfalls auch Licht­ wellenleiter verwendet werden, welche Licht von einer ent­ fernten abstimmbaren Lichtquelle gezielt auf die Halblei­ tereinrichtungen zu führen vermögen.

Die Lichtquelle selbst kann beispielsweise über eine übliche Schnittstelle ansteuerbar sein, so dass sie die Lichtein­ strahlung auf die Halbleitereinrichtungen gezielt vornehmen kann.

Bei einem Test werden beispielsweise Speicherzellen in einem Wafer auf herkömmliche Weise beschrieben. Sodann wird der Wa­ ferprober angesteuert, um den Wafer unterhalb der Lichtquelle des Waferprobers zu positionieren. An die Lichtquelle wird anschließend Information bezüglich einer gewünschten Wellen­ länge von einem Testprogramm aus abgegeben. Diese gewünschte Wellenlänge entspricht dabei einem zu niedrigen Abstand zwi­ schen Valenzband und Leitungsband der Speicherzellen. Sodann wird die Lichtquelle, abhängig vom Testprogramm, ein- und ausgeschaltet. Der Waferprober wird anschließend angesteuert, damit er in eine Testposition fährt, in welcher die von der Lichtquelle bestrahlten Speicherzellen überprüft werden kön­ nen. Bei diesem Testen werden sodann die fehlerhaften Spei­ cherzellen ermittelt, in welchen infolge eines zu niedrigen Abstandes zwischen Valenzband und Leitungsband durch das Be­ strahlen mit der Lichtquelle. Elektronen in das Leitungsband überführt wurden.

Bei dem obigen Testvorgang muss - abhängig von den jeweils getesteten Halbleitereinrichtungen - sichergestellt sein, dass eine gegebenenfalls benötigte Spannungsversorgung oder Ansteuerung durch Signale, wie beispielsweise Refresh-Signale bei DRAMs, nicht unterbrochen werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem schematischen Diagramm die Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm von Licht in Abhängigkeit von der Energie dieses Lichtes in eV und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Wellenlänge λ von der Energie E bei Licht, das heißt die Funktion λ = f (E). Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, entspricht bei­ spielsweise eine Energie von 2,5 eV einer Wellenlänge λ von 497 nm.

Unter Berücksichtigung des in Fig. 1 schematisch gezeigten Zusammenhanges zwischen der Energie E und der Wellenlänge λ von Licht kann die Wellenlänge des Lichtes ausgewählt werden, welches von einer Lichtquelle abgestrahlt werden soll. Ist beispielsweise der "normale" Abstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband einer Halbleitereinrichtung durch etwa 2,7 eV gegeben, so bedeutet eine Energie von 2,5 eV einen zu geringen Abstand zwischen diesen Bändern. Fehlerhafte Halb­ leitereinrichtungen können also ausgesondert werden, indem diese mit Licht mit einer Energie von 2,5 eV bestrahlt wer­ den, da durch Einstrahlung von Licht mit dieser Energie ein Übergang von Elektronen zwischen dem Valenzband und dem zu niedrigen Leitungsband hervorgerufen wird.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens: In einem Waferprober 1 be­ findet sich auf einem Justiertisch 2 ein Siliziumwafer 3 mit einer Vielzahl von Speicherchips. Der Siliziumwafer 3 wird durch eine Lichtquelle 4 bestrahlt, die in dem Waferprober 1 angeordnet ist. Mithilfe des Justiertisches 2 kann die rela­ tive Lage zwischen dem Siliziumwafer 3 und der Lichtquelle 4 eingestellt werden.

Die Lichtquelle 4 ist abstimmbar, so dass sie Licht einer ge­ wünschten Wellenlänge λ und einer gewünschten Intensität I für eine vorgegebene Zeit T abgeben kann. Hierzu sind in ei­ ner mit dem Waferprober 1 verbundenen Steuereinheit 5 Stell­ einheiten 6 vorgesehen, mit deren Hilfe die Wellenlänge λ und die Intensität I des von der Lichtquelle 4 abgestrahlten Lichtes sowie die Zeitdauer T dieser Abstrahlung eingestellt werden können.

Eine Spannungsversorgung 7 dient dazu, gegebenenfalls notwen­ dige Versorgungsspannungen für den Siliziumwafer 3 bzw. des­ sen Speicherchips während eines Testlaufes in dem Waferprober 1 aufrecht zu erhalten.

Während die Wellenlänge λ die Energie E des von der Licht­ quelle 4 auf den Siliziumwafer 3 eingestrahlten Lichtes fest­ legt, wird durch die Intensität I die Stärke des Lichtstromes und damit die Anzahl der gegebenenfalls in ein anderes Band zu transportierenden Elektronen festgelegt. Die Zeitdauer T, während der der Siliziumwafer 3 von der Lichtquelle 4 be­ strahlt wird, kann sehr kurz im ms-Bereich gewählt werden, da der Bandübergang der Elektronen praktisch momentan erfolgt. Mit anderen Worten, lange Wartezeiten brauchen bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren nicht eingehalten zu werden.

Anstelle des Siliziumwafers 3 kann selbstverständlich auch eine andere Halbleitereinrichtung getestet werden. Diese kann aus jedem geeigneten Halbleitermaterial, wie beispielsweise SiC, A_IIIB_V, Ge usw. bestehen.

In dem Waferprober 1 können noch andere Tests des Wafers 3 vorgenommen werden. Das heißt, die Lichtquelle 4 kann ohne weiteres zusätzlich in einen bestehenden Waferprober einge­ baut und mit einer entsprechenden Steuereinheit 5 verbunden werden.

In einem Testlauf werden, wenn der Siliziumwafer 3 aus Spei­ cherchips besteht, zunächst die Speicherzellen dieses Silizi­ umwafers 3 in üblicher Weise beschrieben. Nach Justieren der Lichtquelle über dem Siliziumwafer 3 und Einstellen der Stelleinheiten 6 auf die gewünschte Wellenlänge λ und Intensität I werden die Speicherchips des Siliziumwafers 3 mit Licht von der Lichtquelle 4 bestrahlt. Hierzu wird die Licht­ quelle 4 entsprechend einem Testprogramm ein- und ausgeschal­ tet. Durch diese Bestrahlung erfolgt in "schlechten" Spei­ cherzellen ein Übergang von Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband. Diese "schlechten" Speicherzellen, in denen die Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband gelangt sind, können sodann ausgesondert werden, da sie die gespei­ cherte Information nicht in gleicher Weise wie die "guten" Speicherzellen zu halten vermögen.

Auf diese Weise kann in kurzer Zeit ein zuverlässiger Test der Speicherzellen auf Waferebene ohne lange Wartezeiten aus­ geführt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Testen von Halbleitereinrichtungen (3), um aus diesen fehlerhafte Halbleitereinrichtungen aufzufinden, bei denen der Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband einen gegenüber fehlerfreien Halbleitereinrichtungen niedri­ geren Wert hat, gekennzeichnet durch die Verwendung einer durchstimmbaren Lichtquelle (4), um auf die Halbleitereinrichtungen (3) Licht jeweils einer bestimm­ ten Wellenlänge (λ) und bestimmten Intensität (I) für eine jeweils vorgegebene Zeit (T) zu werfen und so bei Bestrahlung der Halbleitereinrichtungen (3) mit diesem Licht Elektronen aus dem Valenzband mit zu geringem Abstand zum Leitungsband in das jeweilige Leitungsband zu überführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitereinrichtungen (3) Speicherchips auf Wa­ ferebene sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) des von der Lichtquelle (4) abgestrahl­ ten Lichtes stufenlos geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) in einen Waferprober (1) eingebaut wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitereinrichtungen (3) in Bezug auf die Licht­ quelle (4) justiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) aus Enden von Lichtfasern gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitereinrichtungen (3) Speicherchips mit be­ schriebenen Speicherzellen sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (7) für die Halbleitereinrich­ tungen (3) während des Testens aufrecht erhalten wird.