基于高吞吐率WLR測試的 ACS集成測試系統(tǒng)

引言

隨著器件繼續(xù)小型化，半導(dǎo)體器件可 靠性測試以及器件壽命預(yù)測面臨極大挑戰(zhàn)。由于新材料和新工藝的復(fù)雜性增大，器件 失效的隨機(jī)性也在增加。1 這需要產(chǎn)生更 大的統(tǒng)計(jì)樣本測試數(shù)據(jù)。雖然傳統(tǒng)的應(yīng)力 -開關(guān)-測量可靠性測試技術(shù)能實(shí)現(xiàn)龐大數(shù) 量的器件測試，但這種方法可能存在問題。使用TDDB，工程師需要監(jiān)測軟擊穿和漸進(jìn) 式擊穿。采用NBTI，必須最小化器件弛豫并以極快的速度完成測量。在測試單個(gè)器 件的層面上，某些問題還是可控的，但在 實(shí)際時(shí)間段內(nèi)順序測試單個(gè)器件不能提供 大量的統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)據(jù)。

圖1. 采用SMU-per-pin（每管腳SMU）架構(gòu)的ACS集成 測試系統(tǒng)舉例

此應(yīng)用筆記討論了如何克服ACS集成 測試系統(tǒng)和SMU（源-測量單元）-per-pin 配置條件下的可靠性測試挑戰(zhàn)。使用吉時(shí) 利2600系列源表和自動(dòng)特性分析套件（ACS） 軟件，可以針對越來越復(fù)雜的測試（例如 TDDB、NBTI和HCI）實(shí)現(xiàn)中等規(guī)模系統(tǒng)（20 ～40引腳）。由于ACS中含有全自動(dòng)探測器 控制和自動(dòng)測試序列功能，因而可以實(shí)現(xiàn) 高吞吐量測試。去除開關(guān)后，SMU-per-pin 配置在提供系統(tǒng)靈活性和易用性方面還起到 了重要作用。此外，ACS提供了集成測試流 環(huán)境、方便的點(diǎn)-擊操作，而且包含常規(guī)可 靠性測試，例如： • TDDB、Vramp、JRamp（JEDEC標(biāo)準(zhǔn)測試） • HCI（NBTI）、即時(shí)NBTI、NBTI快速SMU • EM、等溫EM（JEDEC標(biāo)準(zhǔn)測試） 用戶可以利用標(biāo)準(zhǔn)庫的模塊作為模板， 用ACS快速開發(fā)自用測試。圖2示出了用ACS 進(jìn)行TDDB測試的例子。

SMU-Per-Pin WLR測試

SMU-per-pin的理念非常簡單——從系 統(tǒng)架構(gòu)中去掉開關(guān)矩陣并用獨(dú)立SMU代替漏 掉的引腳連接。用創(chuàng)新的TSP-LinkTM 將幾 臺2600系列儀器連起來像一臺儀器那樣工 作。為了更好地理解SMU-per-pin架構(gòu)的優(yōu) 點(diǎn)，請考慮下面兩種情況。 • 測試共用引腳結(jié)構(gòu) • 同時(shí)測試幾個(gè)器件的可靠性

共用襯墊/引腳測試結(jié)構(gòu)

考慮圖3的共用引腳器件。4個(gè)MOSFET 共用柵極和襯底引腳連接，而且每個(gè)MOSFET 的漏極和源極引腳單獨(dú)連接。共用SMU配置 可以使用4臺SMU和一個(gè)開關(guān)矩陣順序測試器件。將結(jié)構(gòu)劃分為幾個(gè)較小的設(shè)備后，測試 時(shí)間因開關(guān)而延長了。此外，劣化恢復(fù)出現(xiàn) 在大多數(shù)可靠性測試的開關(guān)過程中，從而使 測量的劣化和接下來的壽命預(yù)測出現(xiàn)變化。在此情況下的共用SMU架構(gòu)存在另一個(gè) 缺點(diǎn)。在測量一個(gè)器件時(shí)，剩余器件受柵極 電壓變化的影響。這會給柵極應(yīng)力帶來不應(yīng)有的變化。SMU-per-pin架構(gòu)具有消除開關(guān) 延時(shí)、實(shí)現(xiàn)并行測試的顯著優(yōu)點(diǎn)，這無需驅(qū) 動(dòng)每個(gè)結(jié)構(gòu)的柵極。

TDDB和NBTI

圖4示出了多器件TDDB測試結(jié)構(gòu)的共用 SMU和SMU-per-pin配置。在開關(guān)（共用SMU） 情況下，SMU1提供連續(xù)應(yīng)力至測試序列的全 部結(jié)構(gòu)，SMU2順序測量每個(gè)器件。在順序分 析結(jié)構(gòu)的過程中，開關(guān)延時(shí)和有限的測量速 度合在一起會限制每個(gè)結(jié)構(gòu)的測量速度。因 此，必須分析這些延時(shí)并折合至壽命分析以保證準(zhǔn)確推測壽命。而且，如果一個(gè)結(jié)構(gòu)遭 受災(zāi)難性的故障，本組的其它結(jié)構(gòu)將遭受電 壓瞬變、暫時(shí)失去應(yīng)力條件并可能使測量結(jié) 果不準(zhǔn)確。SMU-per-pin架構(gòu)不受開關(guān)延時(shí) 和結(jié)構(gòu)不良連接的影響，但更重要的是測量 速度非常快，這對于采集高速漸進(jìn)擊穿現(xiàn)象 而言至關(guān)重要。

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