專利名稱：用于可靠性測(cè)試的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體器件可靠性測(cè)試的方法和裝置，尤其涉及使用TDDB(時(shí)間相關(guān)電介質(zhì)擊穿)測(cè)試進(jìn)行的可靠性測(cè)試的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在日本未實(shí)審專利申請(qǐng)(特開)5 -308,094中描述的TDDB測(cè)試是一種用于評(píng)估半導(dǎo)體器件使用壽命的可靠性測(cè)試方法。TDDB測(cè)試是這樣一種測(cè)試方法，其利用了時(shí)間相關(guān)擊穿現(xiàn)象，其中當(dāng)擊穿電壓或更低電壓被長(zhǎng)時(shí)間施加到MOS柵極氧化膜(電介質(zhì)薄膜)時(shí)，該柵極氧化膜取決于該施加時(shí)間而擊穿。即，TDDB是這樣一種測(cè)試，其中應(yīng)力電壓(stress voltage)被持續(xù)施加到用于測(cè)試的半導(dǎo)體器件的柵極氧化膜，并基于柵極氧化膜擊穿進(jìn)行的程度來(lái)測(cè)試柵極絕緣膜的可靠性，所述應(yīng)力電壓等于或低于擊穿電壓但高于通常使用電壓。當(dāng)柵極氧化膜擊穿時(shí)，流經(jīng)氧化膜的電流逐漸增加。TDDB測(cè)試是這樣一種用于可靠性測(cè)試的方法，其包括測(cè)量在此電流達(dá)到作為估計(jì)使用壽命指示符的預(yù)定電流之前施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間，以及估計(jì)器件在正常使用狀況下的使用壽命。
半導(dǎo)體技術(shù)近來(lái)的進(jìn)步帶來(lái)了器件可靠性的極大提高。因此，必須施加應(yīng)力電壓，并且必須在非常長(zhǎng)的一段時(shí)間里監(jiān)測(cè)電流，直到達(dá)到作為故障指示符的電流。從而，通常以如下方式使用該方法，其中由施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間與電流變化之間的關(guān)系來(lái)估計(jì)發(fā)生故障的電流出現(xiàn)時(shí)已施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間(故障產(chǎn)生時(shí)間)，而非對(duì)器件進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)直到達(dá)到發(fā)生故障的電流。
圖11示出了傳統(tǒng)的用于可靠性測(cè)試的裝置410的結(jié)構(gòu)。用于可靠性測(cè)試的裝置410包含兩個(gè)電源11和12；串聯(lián)連接到電源12的電流表13；用于連接被測(cè)器件31、32和33的連接端子51、52和53；用于將電源11和12的輸出選擇性地連接到連接端子51、52和53的多路開關(guān)20；以及用于控制電源11和12、電流表13和多路開關(guān)20的控制設(shè)備440。用于可靠性測(cè)試的裝置410具有100個(gè)連接端子，能夠?qū)?00個(gè)半導(dǎo)體器件進(jìn)行并行可靠性測(cè)試。通過增加連接端子51、52和53等的數(shù)目以及開關(guān)21、22和23等的數(shù)目，可以增加能進(jìn)行并行測(cè)試的器件數(shù)目，并且按照這一增加可以降低測(cè)試成本。
電源11和12是可變電壓源，輸出電壓由控制設(shè)備440控制。多路開關(guān)20包含開關(guān)21、22和23，這些開關(guān)為連接端子51、52和53的每一個(gè)而設(shè)置。通過開關(guān)21、22和23的切換，連接端子51、52和53中的每一個(gè)都可在如下三個(gè)狀態(tài)之間切換電連接到電源11、電連接到電源12，以及不電連接到任一電源。這里的用語(yǔ)“電連接”不僅包括兩個(gè)組件通過電路圖案或接線直接連接的情況，而且包括通過開關(guān)、電阻器等導(dǎo)電的情況。用于可靠性測(cè)試的裝置410具有100個(gè)連接端子，因而多路開關(guān)20具有100個(gè)開關(guān)?？刂圃O(shè)備440具有存儲(chǔ)器442和微處理器(MPU)441，MPU 441是數(shù)據(jù)處理裝置?？梢允褂糜?jì)算機(jī)。應(yīng)當(dāng)注意，用于可靠性測(cè)試的裝置410具有一個(gè)連接了電流表13的電源12。因此，開關(guān)21、22和23是三極開關(guān)。然而，當(dāng)存在多組可能的電流表與電源的組合時(shí)，所述開關(guān)將具有的極數(shù)是組數(shù)+2。
接下來(lái)，將使用用于可靠性測(cè)試的裝置410，基于圖2的操作流程圖和圖3的時(shí)序圖來(lái)描述傳統(tǒng)的用于可靠性測(cè)試的方法。本申請(qǐng)的時(shí)序圖將通過電流表13測(cè)量電流的時(shí)間和測(cè)量所伴隨的操作所需的時(shí)間表示為“測(cè)試”，所述操作包括多路開關(guān)20的開關(guān)和存儲(chǔ)器42中測(cè)量結(jié)果的寫入。當(dāng)開始可靠性測(cè)試時(shí)，將變量c和變量n初始化為1(步驟100)，其中變量c指示第一被測(cè)器件被測(cè)試的次數(shù)，變量n示出當(dāng)前正被測(cè)試的器件號(hào)。在此情況下，多路開關(guān)20的所有開關(guān)21、22、23等都被設(shè)置以使它們不連接到電源11和電源12中任一者。而且，電源11和電源12的輸出電壓都被設(shè)置為應(yīng)力電壓。
然后啟動(dòng)對(duì)被連接的器件的測(cè)試。首先，控制多路開關(guān)20，切換開關(guān)21，并且第一被測(cè)器件31電連接到電流表13(步驟101)。另外，通過電流表13測(cè)量從電源12流到器件31的電流，并將該電流(初始)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器442中(步驟102)。一旦測(cè)量了電流，就切換開關(guān)21并將連接端子51連接到電源11(步驟103)。對(duì)被測(cè)器件31的初始值的測(cè)量完成。
然后增加變量n(步驟104)，并測(cè)量下一被測(cè)器件32的初始電流。以這種方式接連測(cè)量100個(gè)器件的初始值(步驟105)。對(duì)每個(gè)器件電流的測(cè)量都伴隨對(duì)開關(guān)21的切換操作；因此，每次測(cè)試至少花費(fèi)1秒。從而，測(cè)量所有100個(gè)器件的初始電流花費(fèi)100秒。接下來(lái)，增加變量c，將變量n的值初始化為1(步驟106)，并從第一被測(cè)器件31開始接連執(zhí)行第二測(cè)試。從測(cè)得初始值時(shí)開始直到第二測(cè)試，應(yīng)力電壓都是由電壓源11施加到器件31的；因此，利用第二測(cè)試獲得的器件31的電流是應(yīng)力電壓已被施加了100秒時(shí)的電流。從第二測(cè)試開始，對(duì)于每個(gè)被測(cè)器件，將在測(cè)試期間測(cè)得的電流和應(yīng)力電壓已被施加的時(shí)間存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器442中。
以這種方式，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件重復(fù)3000次測(cè)試(步驟107)。一旦測(cè)試完成，就得到每個(gè)器件的施加應(yīng)力電壓的時(shí)間與電流之間關(guān)系的公式(步驟108)。所述關(guān)系隨器件類型的不同而不同，但一般地通過線性函數(shù)、高階函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等來(lái)近似，其中x軸作為對(duì)數(shù)標(biāo)度的時(shí)間軸。圖4示出了被測(cè)器件31的測(cè)試結(jié)果與近似公式之間的關(guān)系。圖中示出了典型的四點(diǎn)曲線圖，但近似公式實(shí)際上是基于3000次測(cè)試的結(jié)果得到的。
接下來(lái)，由所得到的近似公式來(lái)估計(jì)故障產(chǎn)生時(shí)間(步驟109)。作為故障指示符的電流是考慮到柵極氧化膜中的擊穿程度而預(yù)先規(guī)定的；因此，通過用近似公式往回計(jì)算獲得所討論的電流時(shí)的施加時(shí)間，來(lái)估計(jì)在出現(xiàn)故障之前施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間(故障產(chǎn)生時(shí)間)。如圖4所示，在被測(cè)器件31的情況下，估計(jì)在應(yīng)力電壓已被施加1010秒之后將會(huì)發(fā)生故障。該估計(jì)出的故障產(chǎn)生時(shí)間是在施加高于器件正常使用電壓的應(yīng)力電壓的同時(shí)測(cè)量電流而得到的。因此，通過轉(zhuǎn)換到在正常使用電壓下使用時(shí)的使用壽命，來(lái)估計(jì)半導(dǎo)體器件31、32、33等的使用壽命(步驟110)。對(duì)每個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行上述的使用壽命估計(jì)，然后可靠性測(cè)試完成。
如圖4所示，利用傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試方法，施加應(yīng)力電壓之后的第一次電流測(cè)試是在應(yīng)力電壓施加100秒之后執(zhí)行的。因此，電流的測(cè)量結(jié)果分布在102至105秒之間。從而，利用傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試方法，近似公式是由此分布范圍得到的，并且使用壽命的估計(jì)值高達(dá)1010秒。即，近似公式是由集中于狹窄范圍內(nèi)的測(cè)試結(jié)果得到的，并且估計(jì)值是一個(gè)大大超過此范圍的點(diǎn)。因此，對(duì)有顯著波動(dòng)的器件的測(cè)試精度差，很難以穩(wěn)定的精度測(cè)試其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
上述問題是通過一種對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法和使用該方法的裝置來(lái)解決的，所述方法的特征在于其包含以下步驟第一步驟，在將第一電壓施加到被測(cè)器件達(dá)預(yù)定時(shí)間之后施加第二電壓，并測(cè)量流經(jīng)該被測(cè)器件的電流；第二步驟，對(duì)同一被測(cè)器件接連進(jìn)行兩次或更多次第一步驟；第三步驟，對(duì)多個(gè)被測(cè)器件接連進(jìn)行第二步驟；第四步驟，對(duì)同一被測(cè)器件進(jìn)行一次或接連進(jìn)行兩次或更多次第一步驟；第五步驟，在進(jìn)行第三步驟之后，接連對(duì)多個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行第四步驟；以及第六步驟，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件得到施加第一電壓的總時(shí)間與電流之間的關(guān)系。
可以在廣闊的電流范圍上測(cè)量應(yīng)力電壓施加總時(shí)間很短時(shí)的電流，并可以由包括各測(cè)量結(jié)果的廣泛分布的測(cè)量結(jié)果來(lái)估計(jì)故障產(chǎn)生時(shí)間；因此，與過去相比可以以更高的精度來(lái)進(jìn)行可靠性測(cè)試。結(jié)果，可以在保持現(xiàn)有技術(shù)裝置基本結(jié)構(gòu)的同時(shí)進(jìn)行高精度可靠性測(cè)試。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的略圖。
圖2是傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試裝置的操作流程圖。
圖3是傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試裝置的時(shí)序圖。
圖4描述了傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試裝置的使用壽命估計(jì)。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的操作流程圖。
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的時(shí)序圖。
圖7描述了本發(fā)明第一實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的使用壽命估計(jì)。
圖8是本發(fā)明第二實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的略圖。
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的操作流程圖。
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施方式的可靠性測(cè)試裝置的時(shí)序圖。
圖11示出了傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試裝置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的典型實(shí)施例。本發(fā)明的用于可靠性測(cè)試的裝置10除了控制設(shè)備40的控制方法不同以外，與用于可靠性測(cè)試的裝置410結(jié)構(gòu)相同。因此，給圖1中與圖11中具有相同功能的硬件指定了相同的標(biāo)號(hào)。而且，控制設(shè)備40內(nèi)所容納的MPU 41和存儲(chǔ)器42的硬件結(jié)構(gòu)與控制設(shè)備440的MPU 441和存儲(chǔ)器442的相同。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的用于可靠性測(cè)試的裝置10，重點(diǎn)是用于可靠性測(cè)試的裝置的操作。
圖5是第一實(shí)施方式的用于可靠性測(cè)試的裝置10的操作流程圖。
首先，用戶將100個(gè)被測(cè)器件31、32、33等連接到各個(gè)連接端子51、52、53等。每個(gè)被測(cè)器件31、32、33等正常時(shí)在3V的施加電壓下使用。當(dāng)連接完成后，用戶指示控制設(shè)備40開始可靠性測(cè)試。結(jié)果，控制設(shè)備40將指示被測(cè)器件測(cè)量數(shù)目的變量c、指示同一器件已被測(cè)量次數(shù)的變量m，以及指示當(dāng)前正被測(cè)量的器件號(hào)的變量n初始化為1(步驟200)。多路開關(guān)20的所有開關(guān)21、22、23等都被設(shè)置以使它們不連接到電源11和電源12中任一者。而且，電源11和電源12的輸出電壓都被設(shè)置為應(yīng)力電壓。在本實(shí)施例中，應(yīng)力電壓是10V，或者器件正常使用時(shí)的施加電壓的大約3倍，但不一定設(shè)置在這個(gè)電壓，而是可以考慮到器件屬性、測(cè)試所需時(shí)間和類似的考慮因素而根據(jù)需要設(shè)置。
然后開始對(duì)所連接的被測(cè)器件的測(cè)量。首先，控制設(shè)備40切換多路開關(guān)20的開關(guān)21，將第一器件31電連接到電流表13(步驟201)。而且，通過電流表13測(cè)量從電源12流到器件31的電流，并將初始電流存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器42中(步驟202，圖6的A到B)。然后增加變量m(步驟203)，并且執(zhí)行兩次相同的測(cè)試(步驟204，圖6的B到C)。在第一與第二測(cè)試之間或第二與第三測(cè)試之間都不執(zhí)行開關(guān)21的切換操作；因此，可以每隔10ms進(jìn)行測(cè)試。即，3次測(cè)試提供了3條數(shù)據(jù)初始電流、應(yīng)力電壓施加10ms的總時(shí)間之后的電流，以及應(yīng)力電壓施加20ms的總時(shí)間之后的電流。測(cè)量結(jié)果和總時(shí)間一起被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器42中。
接下來(lái)，切換開關(guān)21，端子51連接到電源11(步驟205)。對(duì)器件31的第一組測(cè)試完成(圖6的點(diǎn)C)。而且，增加變量n，并將變量m初始化為1(步驟206)。然后開始對(duì)下一被測(cè)器件32的電流的第一組測(cè)試。為了測(cè)試器件32，開關(guān)21和22的切換是必需的。因此，直到測(cè)試開始時(shí)大約花費(fèi)1秒。然而，如圖6所示，在切換操作期間應(yīng)力電壓未施加到器件32；因此，對(duì)于器件32，3次測(cè)試同樣提供3條數(shù)據(jù)初始電流、應(yīng)力電壓施加10ms的總時(shí)間之后的電流，以及應(yīng)力電壓施加20ms的總時(shí)間之后的電流(圖6的C到D)。
類似地，接連對(duì)100個(gè)器件進(jìn)行包含3次連續(xù)測(cè)試的第一組測(cè)試(圖6的A到E)。一旦對(duì)所有器件的第一組測(cè)試完成(步驟207)，控制設(shè)備40就增加變量c并將變量m和n初始化為1(步驟208)，然后從第一器件31開始進(jìn)行第二組測(cè)試。第二組測(cè)試對(duì)每個(gè)器件連續(xù)執(zhí)行3次。
為了切換被測(cè)器件，開關(guān)21的切換操作是必需的；因此，對(duì)每個(gè)器件完成一組測(cè)試要花費(fèi)1秒。從而，完成對(duì)所有器件的測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間是一組測(cè)試的時(shí)間與測(cè)量器件數(shù)的乘積。在本實(shí)施例中，測(cè)量器件數(shù)是100，因此完成對(duì)每個(gè)器件的測(cè)試花費(fèi)100秒。當(dāng)其它設(shè)備被測(cè)試時(shí)，應(yīng)力電壓由電源11施加到器件31。從而，第二組測(cè)試測(cè)量在應(yīng)力電壓被施加的總時(shí)間是100秒、100.01秒和100.02秒之后的電流。
這樣，對(duì)每個(gè)器件重復(fù)3000組測(cè)試(步驟209)。一旦測(cè)試完成，控制設(shè)備40就使用MPU 41得到如下近似公式，該近似公式示出應(yīng)力電壓被施加的總時(shí)間與每個(gè)器件的電流之間的關(guān)系(步驟210)。該關(guān)系隨器件類型而改變，但一般地通過最小二乘法或其它方法，利用線性函數(shù)、高階函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等來(lái)近似，其中x軸作為對(duì)數(shù)標(biāo)度的時(shí)間軸。圖7示出了被測(cè)器件31的測(cè)試結(jié)果與近似公式之間的關(guān)系。圖中示出了典型的六點(diǎn)曲線圖，但線性近似公式實(shí)際上是基于9000個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果，通過最小二乘法得到的。
接下來(lái)，由所得到的近似公式估計(jì)發(fā)生故障的時(shí)間(步驟211)。作為故障指示符的電流是考慮到柵極氧化膜中的擊穿程度而預(yù)先規(guī)定的；因此，通過用近似公式往回計(jì)算獲得所討論的電流時(shí)的施加時(shí)間，來(lái)估計(jì)在出現(xiàn)故障之前施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間(故障產(chǎn)生時(shí)間)。如圖7所示，在被測(cè)器件31的情況下，估計(jì)在應(yīng)力電壓已被施加1010秒之后將會(huì)發(fā)生故障。該估計(jì)出的故障產(chǎn)生時(shí)間是在施加高于器件正常使用電壓的應(yīng)力電壓的同時(shí)測(cè)量電流而得到的。因此，通過轉(zhuǎn)換到在正常使用電壓下使用時(shí)的使用壽命，來(lái)估計(jì)半導(dǎo)體器件31、32、33等的使用壽命(步驟212)。對(duì)每個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行上述的使用壽命估計(jì)，然后可靠性測(cè)試完成。
將圖4中的傳統(tǒng)示例與圖7中本發(fā)明的實(shí)施例比較來(lái)看很清楚的是，通過本發(fā)明的方法可以獲得比現(xiàn)有技術(shù)精確得多的穩(wěn)定的使用壽命估計(jì)結(jié)果，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)間軸是對(duì)數(shù)標(biāo)度時(shí)，測(cè)試結(jié)果分布在10-2到105的廣闊范圍內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)注意，在上述實(shí)施例中將電源11和電源12的輸出電壓設(shè)置在應(yīng)力電壓，但不一定將這兩者設(shè)置在相同的電壓。例如，可以通過將電源11的輸出電壓設(shè)置在應(yīng)力電壓，并將電源12的輸出電壓設(shè)置在處于正常使用的施加范圍之內(nèi)的電壓，從而在更接近于正常使用電壓的電壓下進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)在此情況下進(jìn)行上述實(shí)施例的步驟202至204時(shí)，在測(cè)量電流時(shí)，電源12的輸出電壓被設(shè)置在處于正常使用期間施加范圍之內(nèi)的電壓(例如器件31被設(shè)置為3V)，并且可以在重復(fù)切換輸出電壓的同時(shí)執(zhí)行一組測(cè)試(3次)，以使得在圖6中的“測(cè)試”周期執(zhí)行期間除了電流表13的測(cè)量操作以外的任意時(shí)刻(例如寫存儲(chǔ)器42等)，電壓都是應(yīng)力電壓。
本發(fā)明的用語(yǔ)“測(cè)試步驟‘連續(xù)’進(jìn)行x次”的意思是，在從多個(gè)被測(cè)器件中測(cè)試了預(yù)定器件之后，再次測(cè)試同一器件而不測(cè)試其它器件。從而，如下情況是包括在“連續(xù)”測(cè)試的概念當(dāng)中的在利用電流表13對(duì)預(yù)定器件的電流進(jìn)行測(cè)量之后施加應(yīng)力電壓預(yù)定時(shí)間，然后使用電流表13再次測(cè)量同一器件的電流。
另外，可以進(jìn)一步通過改變器件的測(cè)試次數(shù)，例如當(dāng)從第二組測(cè)量開始無(wú)須每組獲得3次測(cè)試時(shí)，通過從第二組開始每組測(cè)試1次(步驟204的條件是m＞1)，來(lái)縮短測(cè)試時(shí)間。一組的具體時(shí)間由測(cè)試數(shù)目和控制時(shí)間決定，所述測(cè)試數(shù)目由用戶設(shè)置，所述控制時(shí)間例如是多路開關(guān)20的切換時(shí)間。而且，在第二組初始化之前施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間由一組所需的時(shí)間和被測(cè)器件數(shù)目之積決定。簡(jiǎn)言之，可以利用在第一組中增加電流測(cè)量次數(shù)，來(lái)從短暫的應(yīng)力電壓施加總時(shí)間中獲得數(shù)量可觀的電流數(shù)據(jù)，但在第二組初始化之前施加應(yīng)力電壓的總時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)。從而，用戶必需考慮到所需測(cè)試點(diǎn)來(lái)設(shè)置測(cè)試數(shù)目，以便提高關(guān)系和使用壽命的估計(jì)精度。
圖8示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于可靠性測(cè)試的裝置80。本實(shí)施例的用于可靠性測(cè)試的裝置80的結(jié)構(gòu)與圖1中的用于可靠性測(cè)試的裝置10之間有三點(diǎn)不同沒有電源11；因此，在多路開關(guān)81的開關(guān)82、83、84等中僅有一個(gè)極(在圖中僅有一個(gè)包含電流表和電源的組，因而存在兩極開關(guān)，但當(dāng)存在多個(gè)組時(shí)，開關(guān)中的極數(shù)是組數(shù)+1)；并且控制設(shè)備85的控制方法不同。從圖中看得很清楚，可靠性測(cè)試裝置80具有簡(jiǎn)化了可靠性測(cè)試裝置10的結(jié)構(gòu)；因此，可以使用可靠性測(cè)試裝置10的結(jié)構(gòu)且僅改變控制設(shè)備40的控制方法，來(lái)通過本實(shí)施例的測(cè)試方法進(jìn)行可靠性測(cè)試。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D9的流程圖和圖10的時(shí)序圖來(lái)詳細(xì)描述可靠性測(cè)試裝置80的操作。用戶將100個(gè)被測(cè)器件31、32、33等連接到各個(gè)連接端子51、52、53等。當(dāng)連接完成時(shí)，用戶指示控制設(shè)備85開始可靠性測(cè)試。結(jié)果，控制設(shè)備85將變量t設(shè)置為1，變量t是應(yīng)力電壓施加時(shí)間的指示符(步驟300)。其還將多路開關(guān)81的所有開關(guān)82、83、84等切換到與電源12電連接(步驟301)。此時(shí)電源12的輸出電壓是0。
然后，控制設(shè)備85施加電源12的輸出電壓t×10ms，并施加應(yīng)力電壓(10V)(步驟302，圖10的A到B)。開始時(shí)t＝1；因此，向所有器件施加應(yīng)力電壓10ms。然后，控制設(shè)備85控制多路開關(guān)81并切換除開關(guān)82以外的所有開關(guān)(步驟303)。即，只有連接到連接端子51的器件31電連接到電流表13。在此狀態(tài)下，將電源12的輸出電壓設(shè)置在3V，這是一個(gè)處于器件31正常使用時(shí)施加范圍之內(nèi)的電壓，通過電流表13測(cè)量流經(jīng)連接端子51的電流，并將測(cè)試結(jié)果與應(yīng)力電壓被施加的總時(shí)間(10ms)一起存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器42中(圖10的B到C)。另外，切換開關(guān)82和開關(guān)83，以使得只有連接到連接端子52的器件32電連接到電流表13，然后類似地進(jìn)行電流測(cè)量和隨后存儲(chǔ)器42中的存儲(chǔ)。這樣，對(duì)每個(gè)器件測(cè)量應(yīng)力電壓施加總時(shí)間為10ms時(shí)的電流(步驟304，圖10的B到D)。
接下來(lái)，將變量t加倍(步驟305)。而且，重復(fù)從步驟301到步驟305的操作，直到變量t超過3000(步驟306)。即，通過第二次重復(fù)測(cè)試，向每個(gè)器件施加應(yīng)力電壓20ms(圖10的D到E)，然后對(duì)每個(gè)設(shè)備測(cè)量總應(yīng)力電壓施加時(shí)間為30ms時(shí)的電流(圖10的E到F)。通過第三次重復(fù)測(cè)試，施加40ms的應(yīng)力電壓時(shí)間，并獲得總應(yīng)力電壓施加時(shí)間為70ms時(shí)的數(shù)據(jù)。
一旦變量t超過3000，控制設(shè)備40就使用MPU 41，得到每個(gè)器件的總應(yīng)力電壓施加時(shí)間與電流間關(guān)系的公式(步驟307)。該關(guān)系隨器件類型而改變，但一般地通過最小二乘法或其它方法，利用線性函數(shù)、高階函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等來(lái)近似，其中x軸作為對(duì)數(shù)標(biāo)度的時(shí)間軸。接下來(lái)，由所得到的公式估計(jì)發(fā)生故障的時(shí)間(步驟308)。作為故障指示符的電流是考慮到柵極氧化膜中的擊穿程度而預(yù)先規(guī)定的；因此，通過往回計(jì)算當(dāng)公式給出所討論的電流時(shí)的施加時(shí)間，來(lái)估計(jì)在將會(huì)發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)力電壓施加時(shí)間(故障產(chǎn)生時(shí)間)。該估計(jì)出的故障產(chǎn)生時(shí)間是在施加高于正常使用電壓的應(yīng)力電壓的同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果；因此，將該結(jié)果轉(zhuǎn)換成正常使用條件下的時(shí)間，從而估計(jì)半導(dǎo)體器件31、32、33等的使用壽命(步驟309)。對(duì)每個(gè)器件接連進(jìn)行上述的使用壽命估計(jì)，以完成可靠性測(cè)試。
利用本發(fā)明的裝置和方法，在電流正被測(cè)量時(shí)，應(yīng)力電壓不施加到其它器件；因此，無(wú)論連接到可靠性測(cè)試裝置80的器件數(shù)目是多少，都在總應(yīng)力電壓施加時(shí)間的廣闊范圍上獲得測(cè)試數(shù)據(jù)。另一方面，因?yàn)閼?yīng)力電壓是間歇性施加的，所以本發(fā)明無(wú)法用于對(duì)具有重復(fù)效應(yīng)(repetitiveeffect)的器件(柵極氧化膜擊穿在應(yīng)力電壓持續(xù)施加和間歇施加時(shí)不同的器件)進(jìn)行可靠性測(cè)試。
以上參照具體實(shí)施例詳細(xì)討論了本發(fā)明的技術(shù)原理。然而，對(duì)本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)清楚的是，可以進(jìn)行各種修改和變化而不會(huì)偏離權(quán)利要求書的要點(diǎn)和范圍。例如，在第二實(shí)施例中，應(yīng)力電壓施加時(shí)間是10ms的倍數(shù)，但當(dāng)器件處理速度快時(shí)，也可以以更短的時(shí)間為時(shí)間單位來(lái)設(shè)置施加時(shí)間。而且，實(shí)施例描述了作為一種可靠性測(cè)試的半導(dǎo)體器件的使用壽命測(cè)試，但本發(fā)明可以用于熱載流子測(cè)試和其它類型的可靠性測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法，所述方法包含第一步驟，在第一電壓已被施加到被測(cè)器件達(dá)預(yù)定時(shí)間之后，在第二電壓被施加時(shí)測(cè)量流至所述被測(cè)器件的電流；第二步驟，對(duì)同一被測(cè)器件接連進(jìn)行兩次或更多次所述第一步驟；第三步驟，對(duì)多個(gè)被測(cè)器件接連進(jìn)行所述第二步驟；第四步驟，對(duì)同一被測(cè)器件進(jìn)行一次或接連進(jìn)行兩次或更多次所述第一步驟；第五步驟，在進(jìn)行所述第三步驟之后，接連對(duì)多個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行所述第四步驟；以及第六步驟，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件，得到施加所述第一電壓的總時(shí)間與電流之間的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法，還包含第七步驟，根據(jù)所述關(guān)系，估計(jì)當(dāng)所述電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)的故障產(chǎn)生時(shí)間，以及第八步驟，根據(jù)所述故障產(chǎn)生時(shí)間，估計(jì)被測(cè)器件的使用壽命。
3.如權(quán)利要求1所述的用于進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法，還包含如下步驟當(dāng)?shù)谖宀襟E正在進(jìn)行時(shí)，將所述第一電壓施加到所述多個(gè)被測(cè)器件中還未進(jìn)行所述第四步驟的一個(gè)被測(cè)器件。
4.一種用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法，所述方法包含第一步驟，將第一電壓施加到多個(gè)被測(cè)器件達(dá)預(yù)定時(shí)間；第二步驟，在第二電壓被接連施加到所述多個(gè)被測(cè)器件時(shí)，測(cè)量流經(jīng)被測(cè)器件的電流；第三步驟，將所述第一步驟和所述第二步驟重復(fù)預(yù)定次數(shù)；第四步驟，對(duì)于每個(gè)被測(cè)器件，根據(jù)所述第一電壓被施加的總時(shí)間和所述電流，估計(jì)當(dāng)所述電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)的故障產(chǎn)生時(shí)間；以及第五步驟，根據(jù)估計(jì)出的故障產(chǎn)生時(shí)間來(lái)估計(jì)被測(cè)器件的使用壽命。
5.如權(quán)利要求4所述的用于可靠性測(cè)試的方法，其中所述第一電壓和所述第二電壓是相同的電壓。
6.如權(quán)利要求4所述的用于可靠性測(cè)試的方法，其中所述第二電壓是處于所述被測(cè)器件正常使用時(shí)施加的范圍之內(nèi)的電壓。
7.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上記錄了用于在計(jì)算機(jī)上使用的程序，所述程序包含一種用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法，所述方法包含第一步驟，在第一電壓已被施加到被測(cè)器件達(dá)預(yù)定時(shí)間之后，在第二電壓被施加時(shí)測(cè)量流至所述被測(cè)器件的電流；第二步驟，對(duì)同一被測(cè)器件接連進(jìn)行兩次或更多次所述第一步驟；第三步驟，對(duì)多個(gè)被測(cè)器件接連進(jìn)行所述第二步驟；第四步驟，對(duì)同一被測(cè)器件進(jìn)行一次或接連進(jìn)行兩次或更多次所述第一步驟；第五步驟，在進(jìn)行所述第三步驟之后，接連對(duì)多個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行所述第四步驟；以及第六步驟，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件，得到施加所述第一電壓的總時(shí)間與電流之間的關(guān)系。
8.一種被測(cè)器件可靠性測(cè)試裝置，包含第一和第二電源；多個(gè)連接端子，用于連接被測(cè)器件；多路開關(guān)，其包括多個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)具有多個(gè)輸入和一個(gè)輸出，其中所述多個(gè)輸入包括電連接到所述第一電源的第一輸入、電連接到第二電源的第二輸入，以及不連接到兩個(gè)電源中任一者的第三輸入；電流表，其串聯(lián)連接到所述第二電源；以及控制器，其具有存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)處理器，其中所述控制器包含第一功能，用于將所述多個(gè)連接端子中的一些端子連接到所述第二輸入，并將其它連接端子連接到所述第三輸入；第二功能，用于將所述第一電源的輸出電壓設(shè)置在應(yīng)力電壓，并將所述第二電源的輸出電壓設(shè)置在測(cè)量電壓；第三功能，用于對(duì)流經(jīng)連接到所述第二輸入的連接端子的電流接連進(jìn)行多次測(cè)量，并在測(cè)量之后將所述連接到第二輸入的連接端子連接到所述第一輸入；第四功能，用于對(duì)所述多個(gè)連接端子接連進(jìn)行所述第三功能；第五功能，用于在進(jìn)行所述第三功能之后，接連將所述多個(gè)連接端子連接到所述第二輸入，并接連測(cè)量流經(jīng)所述連接端子的電流；第六功能，用于在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述電流和所述應(yīng)力電壓被施加到已測(cè)量的連接端子的總時(shí)間；第七功能，用于根據(jù)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述電流和所述總時(shí)間，估計(jì)當(dāng)所述電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)的故障產(chǎn)生時(shí)間；以及第八功能，用于根據(jù)估計(jì)出的故障產(chǎn)生時(shí)間，估計(jì)被測(cè)器件的使用壽命。
9.如權(quán)利要求8所述的用于可靠性測(cè)試的方法，其中所述測(cè)量電壓和所述應(yīng)力電壓是相同的電壓。
10.如權(quán)利要求8所述的用于可靠性測(cè)試的方法，其中所述測(cè)量電壓具有多個(gè)電壓電平，所述多個(gè)電壓電平包括所述應(yīng)力電壓和處于被測(cè)器件正常使用時(shí)施加的范圍之內(nèi)的電壓。
11.一種用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的裝置，包含電源；多個(gè)連接端子，用于連接所述被測(cè)器件；多路開關(guān)，其具有多個(gè)用于控制所述電源與連接端子之間的電連接的開關(guān)；電流表，用于與所述電源串聯(lián)連接；以及控制器，其具有存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)處理器，其中所述控制器包含用于控制所述多路開關(guān)和所述電源，并將第一電壓施加到所述多個(gè)連接端子的功能；用于控制所述多路開關(guān)、所述電流表和所述電源，將第二電壓施加到所述連接端子中的某些端子，并測(cè)量流經(jīng)這些連接端子的電流的功能；用于在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述電流和所述第一電壓被施加到已測(cè)量的連接端子的總時(shí)間的功能；用于根據(jù)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述電流和所述總時(shí)間，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件估計(jì)流至該被測(cè)器件的電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)的故障產(chǎn)生時(shí)間的功能；以及用于根據(jù)所述故障產(chǎn)生時(shí)間來(lái)估計(jì)被測(cè)器件使用壽命的功能。
12.如權(quán)利要求11所述的用于可靠性測(cè)試的方法，其中所述電源能提供所述應(yīng)力電壓與處于被測(cè)器件正常使用時(shí)施加的范圍之內(nèi)的電壓之間的輸出切換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行可靠性測(cè)試的方法和使用該方法的裝置，所述方法包含以下步驟第一步驟，在將第一電壓施加到被測(cè)器件達(dá)預(yù)定時(shí)間之后施加第二電壓，并測(cè)量流經(jīng)該被測(cè)器件的電流；第二步驟，對(duì)同一被測(cè)器件接連進(jìn)行兩次或更多次第一步驟；第三步驟，對(duì)多個(gè)被測(cè)器件接連進(jìn)行第二步驟；第四步驟，對(duì)同一被測(cè)器件進(jìn)行一次或接連進(jìn)行兩次或更多次第一步驟；第五步驟，在進(jìn)行第三步驟之后，接連對(duì)多個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行第四步驟；以及第六步驟，對(duì)每個(gè)被測(cè)器件得到施加第一電壓的總時(shí)間與電流之間的關(guān)系。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1834674SQ20061000800
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者竹內(nèi)恭彥, 灘仁志 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司