專利名稱：半導(dǎo)體器件的加速老化的檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的檢測，特別涉及此類器件的加速老化的檢測。
以前曾有各咱方法用于預(yù)測或檢測半導(dǎo)體器件的性能失效的性能。此類器件制造采用多種方法，防止不耐用的器件在顧客使用時失效。這些制造者希望器件具有良好的性能，以便建立器件的可靠性，避免退貨，減少制造者的保修呼叫，并避免用戶的不滿。
一種眾所周知的與半導(dǎo)體器件壽命特別相關(guān)的現(xiàn)象通稱為“初期失效率”。該術(shù)語用來描述在新元件中觀測到的較高失效率。一般，元件在短期工作后，從原始的高失效率下降到一個低值，并在較長的時期繼續(xù)保持低值。為了避免半導(dǎo)體器件的“初期失效率的效應(yīng)，一般使此類元件“預(yù)燒”，直至初期失效率周期過去。這種“預(yù)燒”一般包含交替地給器件通以大的正向電流和施加幾乎等于標稱峰值的反偏壓，或變化器件的溫度。“預(yù)燒”系統(tǒng)和方法的一些實例可參見美國專利U.S-5，047，711(Smith等人，題目《Wafer-LevelBurn-inTestingofIntegratedCircuits》)，US-5，030，905(Figal，題目《BleowaMinuteBurn-in》)，以及US-4，215，309(Frey，題目《HighEfficiencySwitchingCircuit》)。
然而“預(yù)燒”不能探測到僅僅靠施加正向電流不可能探測到的各種與半導(dǎo)體器件相關(guān)的問題，也不能探測當器件超過老化曲線中初始高失效點時可能發(fā)生的問題。例如在電氣系統(tǒng)中經(jīng)常有高壓電涌出現(xiàn)，使半導(dǎo)體器件承受高于制造者規(guī)定的電壓。發(fā)生的瞬時功率電涌一般確定器件出現(xiàn)失效的擊穿電壓，參見美國專利US-4，307，342(Peterson，題目“MethodandAppara-tusForTestingElectronicsDevices”)。
其它的檢測系統(tǒng)和方法已被用來檢測從諸如發(fā)光二極(LED)或激光二極等半導(dǎo)體器件發(fā)出的輻射。某些這樣的系統(tǒng)和方法可參見美國專利US、4，578，641(Tiedje題目“SystemsforMeasuringCarrierLifetimeofSemiconductorWafers”)，US-4，797，609(Yane，題目“LEDMonitoringWithoutExternalLightDeteetion”)，US-5，065，007(Tanaka，題目“ApparatrsforMeasuringLightOutputfromSemiconductorLightEmittingElement”)，以及US-4，611，116(Batt，題目“LightEmittingDiodeIntensityTester.”。
另外，還試驗?zāi)欠N給半導(dǎo)體器件，諸如P-N結(jié)二極管，或雙極型晶體管，通以大電流浪涌脈沖，以誘發(fā)有關(guān)的半導(dǎo)體結(jié)的損傷檢測系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法的實例可參見美國專利US-3，978，405(Petree，題目“DamageThresholdsofP-NJunctionDevicebyaCurrentPulseMethod”)以及US-4，301，403(Hawkes等人，題目“ElectricalCircuitTesting”)。
另一公知的檢測半導(dǎo)體器件的方法是用統(tǒng)計抽樣一組或一些用相同材料制備的器件，然后根據(jù)統(tǒng)計樣品，畫出全組器件的性能。例如，在較成熟的LED材料中，諸如GaAs、GaAsP、或AlGaAs，一般將含有LED管芯的片劃開或鋸開，然手統(tǒng)計抽樣。首先檢測LED樣品的各種光學(xué)和電學(xué)工作特性。根據(jù)統(tǒng)計的LED樣品的老化或其它檢測決定或接受或剔除整片LED管芯。對LED半導(dǎo)體器件的這樣技術(shù)的描述可參見“LightEmittingDiodesAIntrodnetion”一書(K.GillessenandW.Schairer，§3-3-7at98-99，1991)。盡管對成熟的性能可預(yù)測的半導(dǎo)體材料有益，但此種統(tǒng)計抽樣對選擇不太成熟的半導(dǎo)體材料，如碳化硅(Sic)尚不是一種恰當?shù)募夹g(shù)。
其它的技術(shù)，如探查一片半導(dǎo)體器件，如LED，已是公知的。這些技術(shù)一般包含“片子探查器”，它是檢測全工藝完成后的片子的質(zhì)量和成品率的裝置。探查器將一個探頭放在片子邊緣第一個器件的接觸點上，允許使用者實施各種測量。在對第一個器件的測量結(jié)束之后，探查器使片子移動一個受控制的距離，到下一個二極管。按接受一剔除慣例，估算在測量周期得到的數(shù)據(jù)，然后把壞二極管用墨點標記。此種技術(shù)的描述也可參見“LightEmittingDiodesAnIntroduction”(K.GillessenandW.Schairer，§3-3-6at97，1991)。
然而，片子探查技術(shù)，類似統(tǒng)計抽樣，可能適合某些成熟的半導(dǎo)體材料，但是不是總能提供檢測不太成熟的半導(dǎo)體材料的方法，因而引起前述的用戶不滿意的問題。例如，將Sic用于各種半導(dǎo)體器件，包括發(fā)光二極管，僅在最近才變成商業(yè)上有前途的選擇對象。由這些材料制成的器件可參看美國專利US-4，918，497和US-5，027，168(Edmind-本申請的發(fā)明人之一，題目“BlueLightEmittingDiodeFormedInSiliconCarbide”)。因此，這些不太成熟的材料要求不同的檢測設(shè)備和方法。
所以，仍需要一種設(shè)備和方法，用于檢測對一組器件，其性能不可統(tǒng)計預(yù)測的半導(dǎo)體器件的隨時預(yù)測性能。
所以本發(fā)明的一個目的在于提供一種使半導(dǎo)體器件加速老化并測量各種工作特性的檢測半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明的此目的和其它目的以及優(yōu)點是通過給半導(dǎo)體器件通以足夠大的電流脈沖，以使不合格的器件老化、使合格器件穩(wěn)定，并在施加電流脈沖之前、之中和之后，由測量光學(xué)和/或電學(xué)工作特性的設(shè)備和方法來體現(xiàn)。
特別是，檢測半導(dǎo)體器件的方法包括在一段時間內(nèi)給半導(dǎo)體器件通以預(yù)定電流量的脈沖的步驟，并在施加電流脈沖之前、之中和之后測量預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性。
檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)具有一個接觸探頭，用于給片上的半導(dǎo)體器件施加電流脈沖，一個與探頭電連接的測量裝置，用于測量片子上半導(dǎo)體器件的預(yù)定的電學(xué)和光學(xué)工作特性，以及一個與測量裝置電連接的光學(xué)探測裝置，用于探測由片子半導(dǎo)體器件發(fā)出的輻射。
本發(fā)明上述的和其它目的、優(yōu)點和特點以及實施方式，結(jié)合說明最佳實施例和范例的附圖，根據(jù)下面對本發(fā)明的詳細說明，將變得更易于理解。


圖1是解釋依本發(fā)明的檢測半導(dǎo)體器件的方法的示意圖;
圖2A和圖2B是解釋依本發(fā)明超限時間施加各種不同電流脈沖電平的整個半導(dǎo)體器件的老化曲線圖;以及圖3是依本發(fā)明檢測整片半導(dǎo)體器件，如LEDs，的系統(tǒng)的示意原理圖。
下面參照表明本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖對本發(fā)明做更全面的說明，由始至終，相同的標號代表相同的零部件。
圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明檢測半導(dǎo)體器件，如LEDs，的方法的示意原理圖。如方框10所示，檢測中的器件首先測量其預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性，諸如正向電壓(VF)，光強和色調(diào)。如果一個器件通過初始測量檢測，如方框20所示，該器件被進一步分析。如果器件未通過初始測量檢測，則該器件的檢測終了，剔除該器件，如方框25所示。在該器件工作特性初始測量之后，確定該器件是可接受的，如方框30所示，給該器件在預(yù)定的時期內(nèi)施加一個電流脈沖，以便使不合格的器件老化，使合格器件穩(wěn)定。施加電流脈沖的時間一般大約2.2秒，電流密度一般大約為3333A/cm2，但可在1666-5000A/cm2間取值。然后，在施加電流脈沖下測量該半導(dǎo)體器件，估算其電學(xué)或光學(xué)工作特性，如方框40，50和60所示，或者可讓該器件快速冷卻，然后測量上述特性，如方框85、90和100所示。在施加電流脈沖之中或之后也可測量這些特性。如果工作特性符合要求，則該器件被通過，或被接受，如方框70和110所示。如果特性不符合要求，器件失效，并且被剔除用墨打個標記，如方框80和120所示。被檢測器件是用Sic制作的發(fā)藍光二極管。該方法也可用于包括由Sic制作的發(fā)綠光二極管的各種其它半導(dǎo)體器件。
如圖2A曲線所示，當給處于圖1方框30的器件施加的電流電平或數(shù)值在短期內(nèi)增加時，發(fā)生老化的器件很少。因此，在一定電流電平間，使合格器件，如LED管芯，穩(wěn)定，并被接受，和使不合格器件老化，并被剔除的相互關(guān)系，一般由曲線預(yù)示。電流密度可根據(jù)檢測中的器件而變化，但是，對Sic而言，一般大約為3333A/cm2是可接受的電平，以引起老化，成為不合格的LED器件。圖2B用曲線表明當給器件通以高電流電平(3333A/cm2)的脈沖時，在輻照或以高光強輻照下，使不合格器件老化。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員，眾所周知，用片子檢查器檢測半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的方法，該片子探查器可用來給半導(dǎo)體材料片子，如Sic，上的單個LED施加脈沖，測量其上器件的工作特性。
對于LED，例如，可以用此技術(shù)以及VF和反向電流(IR)或類似技術(shù)測量其光強、顏色以及色老化。一般，對LED和其它半導(dǎo)體器件的測量包括一種或一種以上的下列參數(shù)正向電壓、反向電壓、正向電流、反向電流、色調(diào)、色調(diào)老化、光輸出功率、光輸出功率老化、發(fā)光強度、發(fā)光強度老化、發(fā)光系數(shù)、顏色、顏色老化、峰值色波長、主色波長、響應(yīng)速度、電容、熱阻、耗散功率、及其它們的結(jié)合。
另外，從這些測量和各種計算機軟件程序可計算和繪制整片上的半導(dǎo)體器件，如LED的全部性能。繪出的圖形包括全部時間的電學(xué)或光學(xué)工作特性，以及不合格的器件和合格的器件在半導(dǎo)體片子上所處的位置。這種繪圖給制造者提供關(guān)于半導(dǎo)體材料的質(zhì)量、材料的質(zhì)量、材料工藝技術(shù)以及關(guān)于被檢測器件的各種其它信息。
圖3示意表示檢測整片半導(dǎo)體器件，如LED，的設(shè)備。十個接觸探頭，各自用210表示，其中的至少一個，根據(jù)圖上所描述的方法給片子上的LED施加一個電流脈沖。電流脈沖電流密度較高、典型值大約3333A/cm2。測量裝置230與測量片子上半導(dǎo)體器件的預(yù)定電學(xué)工作特性的接觸探頭210呈電學(xué)連接。該測量裝置230配有三個測光儀231、232、245和一個計算機235，實施檢測期間的測量。一個光探測裝置240，如光纖探頭241、242或傳感器，與測量裝置230電學(xué)連接，用于探測從片子上LED器件發(fā)出的輻射和色調(diào)，藍綠范圍。色調(diào)測量可以經(jīng)過一個藍通濾光片和一個綠通濾光片來測量和探測每個單個器件的色調(diào)比。片子上不合格的器件用墨斗260打上標志。
在附圖與說明書中已公開了典型的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雖然采用了一些特定的術(shù)語，但它們僅僅是用于一般的及描述意義，不是為了受限制，本發(fā)明的保護范圍記載于下列權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種檢測半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在一定時間內(nèi)給半導(dǎo)體器件通以預(yù)定電流電平脈沖，以使不合格部分老化，使合適部分穩(wěn)定；以及在通電流脈沖后，測量半導(dǎo)體器件的電學(xué)和光學(xué)工作特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，進一步包括在給半導(dǎo)體器件通以預(yù)定電流電平脈沖步驟之前，對半導(dǎo)體器件的預(yù)定電學(xué)工作特性進行初始測量的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的測量預(yù)定的電學(xué)特性的步驟是在給器件通以電流脈沖當中實施的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的初始測量預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性的步驟，包括選自下列特性構(gòu)成的組的測量正向電壓、反向電壓、正向電流、反向電流、色調(diào)、色調(diào)老化、光輸出功率、光輸出功率老化、發(fā)光強度、發(fā)光強度老化、發(fā)光系數(shù)、顏色、顏色老化、峰值色波長、主色波長、響應(yīng)速度、電容、熱阻、耗散功率及它們結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的預(yù)定的電流脈沖的電流密度范圍從1666-5000A/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的預(yù)定的電流脈沖的電流密度大約為3333A/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件是由Sic制成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件是由Sic制成的發(fā)藍光的二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測半導(dǎo)體器件的方法，還包括為檢測中的半導(dǎo)體器件繪制電學(xué)工作特性圖的步驟。
10.一種檢測發(fā)光二極管的方法，其步驟包括在一時期內(nèi)給發(fā)光二極管通以預(yù)定電平的電流，以使不合格部分老化，使合格部分穩(wěn)定;以及在通電流脈沖后，測量發(fā)光二極管的預(yù)定的電學(xué)和光學(xué)工作特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其步驟還包括，在給發(fā)光二極管通以預(yù)定脈沖電平的電流之前，對發(fā)光二極管的預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性的初始測量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的測量預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性步驟是在加電流脈沖當中實施的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的檢測發(fā)光二極管的方法，在初始測量步驟之前，把發(fā)光二極管片子固定在一個探頭機構(gòu)上，以便一個一個地測量片子上每個發(fā)光二極管的電學(xué)或光學(xué)工作特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其步驟還包括報廢不滿足加電流脈沖之際測量的預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性的片子上的發(fā)光二極管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的檢測發(fā)光二極管的方法，其步驟還包括如果片子上的發(fā)光二極管不滿足在加電流脈沖之際測量的預(yù)定的電學(xué)工作特性，給該管用墨打上標記。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性的初始測量步驟包括對一些選自由正向電壓、反向電壓、正向電流、反向電流、色調(diào)、色調(diào)老化、光輸出功率、光輸出功率老化、發(fā)光強度、發(fā)光強度老化、發(fā)光系數(shù)、顏色、顏色老化、峰值色波長、主色波長、響應(yīng)速度、電路、熱阻、耗散功率，以及它們的組合構(gòu)成的組中的特性的測量。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的發(fā)光二極管是由Sic制成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的發(fā)光二極管是由Sic制成的發(fā)藍光的二極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的電流脈沖的預(yù)定電流密度的范圍從1666-5000A/cm2。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其中的電流脈沖的預(yù)定電流密度大約為3333A/cm2。
21.根據(jù)權(quán)利要求10的檢測發(fā)光二極管的方法，其步驟還包括為檢測中的發(fā)光二極管繪制電學(xué)或光學(xué)工作特性圖。
22.一種檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個接觸探頭，用于給片子上半導(dǎo)體器件施加一電流脈沖;一個與所說的探頭電學(xué)連接的測量裝置，用于測量片子上半導(dǎo)體器件的預(yù)定的電學(xué)或光學(xué)工作特性;以及一個與所說的測量裝置電學(xué)連接的光探測裝置，用于探測由片子上半導(dǎo)體器件發(fā)出的輻射。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，其中所說的測量裝置包括一個測光儀和一臺計算裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，其中所說的光探測裝置包括一光纖探頭。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，其中所說的系統(tǒng)還包括多個接觸探頭，用于給片子上多個半導(dǎo)體器件施加電流脈沖。
全文摘要
一種檢測半導(dǎo)體器件的方法，包括在一段時間給半導(dǎo)體器件通以預(yù)定電平的電流脈沖之步驟，以使不合格部分老化，使合格部分穩(wěn)定，及在加電流脈沖后，測量半導(dǎo)體器件的預(yù)定電或光工作特性之步驟。提供一種檢測片子上半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，具有一個接觸探頭，用于把電流脈沖施加到片子上的半導(dǎo)體器件上，一個與探頭電連接的測量裝置，用于測量片子上半導(dǎo)體器件的預(yù)定電或光工作特性，以及一個與測量裝置電連接的光探測裝置，用于探測由片子上半導(dǎo)體器件發(fā)出的輻射。
文檔編號H01L21/66GK1090053SQ9311442
公開日1994年7月27日 申請日期1993年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月13日
發(fā)明者約翰·A·愛德蒙, 道格拉斯·A·阿司布利, 卡溫·H·卡特, 道格拉斯·G·華爾茲 申請人:克里研究公司