一種創(chuàng )新的晶圓級熱載子并行測試方法

為了縮短測試周期,有些公司采用對器件施加更高的HCI應力條件來(lái)加速器件的退化,但是這種方式并不看好,因為在更高的HCI應力條件下,器件的物理機制已發(fā)生了變化。在我們想要解決周期過(guò)長(cháng)的問(wèn)題前,我們先參考封裝級的熱載子效應測試。在封裝級的熱載子效應測試中,有一種測試板可以支持幾個(gè)器件同時(shí)進(jìn)行測試。如果我們仿照這種封裝級的熱載子效應測試,把它應用在晶圓級,那晶圓級的熱載子效應測試周期將會(huì )大大的縮短。

基于這樣的想法,我們提供了一種創(chuàng )新的、在原有的測試程序基礎上編制的一套更復雜的并行測試程序,從而有效地縮短了晶圓級的熱載子效應測試周期。而且數據表明,新舊方法的測試結果具有很好的可比性和一致性。

實(shí)驗
傳統的晶圓級熱載子效應測試程序(PDQ-WLR,版本3.01[2])是由美國Sandia Technologies inc.公司提供的,在A(yíng)gilent 4072自動(dòng)控制測試機臺上完成測試。它的測試流程是用HCI_4_MOS_Builder生成兩個(gè)設置文件,一個(gè)是參數施加命令文件,另一個(gè)是完成施加HCI應力條件的時(shí)間讀點(diǎn)文件,并且按照圖1所描述的測試流程來(lái)完成測試。由于商業(yè)要求,這套程序是被打包,不可改變的。

圖1a 熱載子效應測試總流程

圖1b 熱載子效應退化的應力施加及電性參數測試流程

傳統的晶圓級熱載子效應測試是一個(gè)器件一個(gè)器件的被施加HCI應力條件。測試的總時(shí)間是根據測試器件的個(gè)數,不同的HCI應力條件個(gè)數,以及不同HCI應力條件下實(shí)際應力施加的時(shí)間的總和來(lái)計算。例如,熱載子效應測試有3種不同的HCI應力條件,每種HCI應力條件要有3個(gè)器件來(lái)做樣本,每次要施加HCI應力條件10 000秒,再加上器件退化后所要測量的特性參數的時(shí)間,總的測試時(shí)間要花費大約27小時(shí)——27=3*3*(1000+10000)/3600)。這個(gè)時(shí)間是一種類(lèi)型器件完成一次的時(shí)間,例如NMOS晶圓級熱載子效應的測試時(shí)間，如果是幾種不同類(lèi)型的器件,相應的時(shí)間將是成倍的增加。從圖1a(熱載子測試的總流程),和圖1b(熱載子效應退化的應力施加及電性參數測試流程),我們很清楚的可以算出超過(guò)90%的時(shí)間是用在施加HCI應力條件使器件退化的時(shí)間上。所以我們開(kāi)發(fā)了一套程序來(lái)實(shí)現對一組同樣類(lèi)型的器件進(jìn)行并行施加HCI應力條件,以此取代傳統的串聯(lián)方式的一個(gè)器件一個(gè)器件施加HCI應力條件及參數測試的流程。

人們也曾試著(zhù)改變版圖的器件連接方式,例如將幾個(gè)器件需要施加HCI應力條件的端口(柵極或漏極)連接在一起,這樣一來(lái),用傳統的由美國Sandia Technologies inc.公司提供的程序也可以同時(shí)施加HCI應力條件在幾個(gè)器件上。但由于從同一個(gè)施加HCI應力的端口到幾個(gè)器件的連線(xiàn)長(cháng)短不同造成的寄生電阻,使得一小部分HCI應力壓降會(huì )損失在這些連線(xiàn)上,最終導致這幾個(gè)器件實(shí)際被施加的HCI應力不一致,造成誤差。圖2a和圖2b顯示了在版圖上改變器件的連接方式。