專利名稱：可靠性測試的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的可靠性測試的方法和裝置。
背景技術：
可靠性(Reliability)可以簡單描述為產(chǎn)品在正常使用條件下，能順利工 作的使用壽命(Lifetime),對半導體器件(例如MOS器件)進行可靠性測試是 半導體集成電路的制造過程中的重要組成部分。為了在短時間內(nèi)測得半導體 器件的可靠性，通常會使用加速測試實驗，即對半導體器件施加加速其性能 退化(degrade)的應力條件(stress,是指比正常工作條件高的環(huán)境溫度、濕 度、電壓、電流、壓力等)，測量其性能參數(shù)，進而得到半導體器件在比正 常工作條件更嚴格的工作環(huán)境下的使用壽命，再利用生命期模型(Lifetime Model)計算出產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命。
通常，對多個半導體器件進行可靠性測試是以如圖1所示的步驟進行
步驟SIO,對第一個被測器件(DUT, Device Under Test)施加應力條件， 計算應力的作用時間。
步驟Sll,在預定的應力作用時間點，解除對第一個DUT施加的應力條件。
步驟S12,測量并記錄第一個DUT的性能參數(shù)。
步驟S13,判斷是否達到預設的測試時間，若是，則進行步驟S14;若否， 則返回到步驟SIO。
步驟S14至S17，參考步驟S10至S13,對第二個DUT施加應力條件，測量 并記錄第二個DUT的性能參數(shù)。在測試完第二個DUT后，再測試下一個DUT, 直到最后一個DUT測試完成。上述可靠性測試的方法由于采用的是" 一個被測器件接著 一個被測器件
測試(one DUT by one DUT test)"的方法，作用時間較長的應力條件是逐個 施加在要被測量的DUT上，因而總的測試時間就會非常長。
為解決上述測試時間長的問題，申請?zhí)枮?00410051148.4的中國發(fā)明專利 申請公開了一種半導體器件的可靠性測試項目，即熱載流子注入(HCI， Hot Carrier Injection)測i式的方法，長口圖2所示
步驟S20,同時對所有DUTs施加電壓應力，計算電壓應力的作用時間。 步驟S21,在預定的應力作用時間點，關斷對所有DUTs施加的電壓應力。 步驟S22,逐個測量并記錄每個DUT的性能參數(shù)的退化量。 重復步驟S20至S22,直到性能參數(shù)的退化量達到需要的目標值時結束。 圖2所示的方法適用于沒有恢復效應(recovery effect)的可靠性測試項目， 例如HCI測試，其是同時對所有DUTs施加電壓應力，因而縮短了測試時間。 但是，對于具有恢復效應的可靠性項目，例如負偏壓高溫不穩(wěn)定性(NBTI, Negative Bias Temperature Instability)測^式，釆用圖2所示的方法會影響觀'J試的 準確性。
具體來說，NBTI效應是指在高溫條件下，當柵極加上負偏壓時，MOS器 件的特性會發(fā)生顯著的退化，如飽和電流、亞閾值斜率和跨導的不斷減小， 以及闊值電壓不斷增加等。NBTI的一個重要特征就是其具有強的恢復效應， 即在高溫下對MOS器件的柵極上施加一革殳時間的負偏壓后，如果將負偏壓改 成零偏置或者正偏置，器件的退化特性將會有很強的恢復。圖2所示的方法是 在預定的應力作用時間點，關斷對所有DUT施加的電壓應力，再逐個測量每 個DUT的性能參數(shù)，在測量完第一個DUT后，后面的DUT由于不是在關斷電 壓應力后立即進行測量，其性能參數(shù)的退化已經(jīng)有了一定恢復，此時測量所 得的結果就會不準確，并且，越是后面測量的DUT,離關斷電壓應力的時間 越久，其測量的結果會越不準確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是，提供一種可靠性測試的方法和裝置，'以提高具有 恢復效應的可靠性測試的準確性。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可靠性測試的方法，包括下述步驟 同時對所有被測器件施加應力條件；
在解除對前一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量 數(shù)據(jù)后，解除對后一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測 量數(shù)據(jù)，其中，第一被解除應力條件的被測器件的應力條件解除時間為預定 的應力作用時間點。
可選的，記錄所述第一被解除應力條件的被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄 被測器件的性能參數(shù)和測量時間，記錄其它被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄被 測器件的性能參數(shù)、測量時間和對應的應力作用時間。
可選的，所述記錄被測器件的測量時間是記錄所述被測器件測量完后的 時間點；所述記錄被測器件的對應的應力作用時間是將前一被測器件測量完 后的時間點作為^^皮測器件的對應的應力作用時間記錄。
可選的，所述記錄被測器件的測量時間是記錄測量所述被測器件所使用 的時間；所述^ 力條件之前的測量朝 為凈皮測器件的對應的應力作用時間記錄。
可選的，所述可靠性測試的方法還包括在完成對所有的被測器件的一 次測試后，對所有的被測器件再次進行測試，直到滿足測試結束的條件。所 述測試結束的條件是超過了預定的測試時間、超過了預定的測試次數(shù)、或者 測量得到的性能參數(shù)達到了預定的目標值。
為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種可靠性測試的裝置，包括
應力施加模塊，與被測器件連接，對被測器件施加應力條件；測量模塊，與被測器件連接，，測量被測器件的性能參數(shù)；
記錄模塊，記錄被測器件的測量數(shù)據(jù)；
控制模塊，控制所述應力施加模塊同時對所有被測器件施加應力條件， 在控制所述應力施加模塊解除對前一被測器件施加的應力條件、控制所述測 量模塊測量所述前一被測器件的性能參數(shù)和控制所述記錄模塊記錄所述前一 被測器件的測量數(shù)據(jù)后，控制所述應力施加模塊解除對后 一被測器件施加的 應力條件、控制所述測量模塊測量所述后一被測器件的性能參數(shù)和控制所述 記錄模塊記錄所述后一被測器件的測量數(shù)據(jù)，其中，所述控制模塊在預定的 應力作用時間點控制應力施加模塊解除對第 一被解除應力條件的被測器件施 加的應力條件。
可選的，所述記錄模塊記錄的第一被解除應力條件的被測器件的測量數(shù) 據(jù)包括被測器件的性能參數(shù)和測量時間，所述記錄模塊記錄的其它被測器件 的測量數(shù)據(jù)包括被測器件的性能參數(shù)、測量時間和對應的應力作用時間。
可選的，所述被測器件的測量時間是所述被測器件測量完后的時間點， 所述被測器件的對應的應力作用時間是前一被測器件測量完后的時間點。
可選的，所述被測器件的測量時間是測量所述被測器件所使用的時間， 所述被測器件的對應的應力作用時間是該被測器件被解除應力條件之前的測 量被測器件所使用的時間總和與預定的應力作用時間的和。
與現(xiàn)有技術先解除對所有DUTs施加的應力條件，再逐一測量各DUT相 比，上述技術方案是逐一解除對DUT施加的應力條件，具體來說，在解除對 前一DUT施加的應力條件，并測量其性能參數(shù)和記錄其應力作用時間后，再 解除對后一 DUT施加的應力條件，并進4于測量和記錄，即DUT是在解除應 力條件后，性能參數(shù)的退化沒有恢復前就被測量，因此，可以得到更準確的 測量結果。
另外，上述技術方案是同時對所有的DUTs施加應力條件，相較于現(xiàn)有技術中對DUT逐一施加應力條件來說，也縮短了總的測試時間。


圖l是現(xiàn)有的可靠性測試的方法流程圖2是現(xiàn)有的 一種HCI測試的方法流程圖3是本發(fā)明實施方式的可靠性測試的方法流程圖4是本發(fā)明實施例的NBTI測試的方法流程圖5是圖2所示的方法應用于NBTI測試與圖4所示的方法的測量結果比
較；
圖6是本發(fā)明實施方式的可靠性測試的裝置的結構框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施方式是在測量DUT前才解除對其施加的應力條件，也就是說， 解除施加在要被測量的DUT上的應力條件后，立即測量其性能參數(shù)并記錄其 實際的應力作用時間，因此可以得到準確的測量結果。本發(fā)明實施方式的可 靠性測試的方法包括同時對所有被測器件施加應力條件；在解除對前一被 測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)后，解除對后一 被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)，其中，第一
所述記錄第一被解除應力條件的被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄被測器件的性 能參數(shù)和測量時間，所述記錄其它被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄被測器件的 性能參lt、測量時間和對應的應力作用時間。 具體的一種實施方式如圖3所示
步驟S30，同時對所有DUTs施加應力條件。
步驟S31,在預定的應力作用時間點，解除對第一DUT施加的應力條件。 步驟S32,測量第一DUT的性能參數(shù)。步驟S33,記錄第一 DUT的性能參數(shù)和測量時間。步驟S34，解除對下一DUT施加的應力條件。步驟S35,測量步驟S34所述的DUT的性能參數(shù)。步驟S36,記錄步驟S34所述的DUT的性能參數(shù)、測量時間和對應的應力作用時間。
重復步驟S34至S36,直到所有DUT的測量和記錄完成。上述步驟S33和S36中，記錄DUT的測量時間是記錄所述DUT測量完后的時間點，或者是記錄測量所述DUT所使用的時間。對應的，步驟S36中，記錄步驟S34所述的DUT的對應的應力作用時間是將前一 DUT測量完后的時間點作為步驟S34所述的DUT的對應的應力作用時間記錄，或者是將該—皮測器件被解除應力條件之前的測量DUT所使用的時間總和與預定的應力作用時間的和作為步驟S34所述的DUT的對應的應力作用時間記錄。
在完成上述對所有的DUT的一次測試后，重復步驟S30至S36,對所有的DUT的再次進行測試，直到滿足測試結束的條件，例如，超過了預定的測試時間或測試次數(shù)，或者測量得到的性能參數(shù)達到了預定的目標值。其中，步驟S31所述的預定的應力作用時間點根據(jù)實際測試的需要設定，例如ls、2s、 5s、 8s、 10s、 20s、 50s、 80s、 100s、 200s、 500s、腦s、勵0s、 2000s、5000s、 8000s、 10000s等等，每次測試的預定的應力作用時間可以相同也可以不同。
下面結合附圖4和NBTI測試對本發(fā)明具體實施方式
做詳細的說明。在NBTI測試中，對DUT (即MOS器件)施加的應力條件是指高溫條件下，在柵極加上負偏壓，測量的DUT的性能參數(shù)包括飽和電流、閾值電壓等。
步驟S40,在高溫條件下，同時對所有DUTs的柵極施加應力電壓。在施加應力電壓前，先根據(jù)測試標準確定溫度值(通常是比正常工作時的溫度更高的溫度)和應力電壓值(即負偏置電壓值)，將所有的DUTs的源極、槺極、漏極、襯底分別與測試設備的測量單元(SMU, Source and Measurement Unit)連接，測試設備的SMU既可以用于施加應力，也可以用于測量。然后,-同時將對應于各個DUT的柵極的SMU與已確定電壓值的負偏置電壓接通，在接通電壓的同時開始計算應力電壓的作用時間和測試時間。
步驟S41，在預定的應力作用時間點，關斷對應于第一個DUT的柵極的SMU與負偏置電壓的連接。此時，應力電壓對其余DUTs的作用仍然保持。本實施例中，設定第一次測試的預定的應力作用時間為10s,因此是在接通電壓的10s后，關斷對應于第 一個DUT的柵極的SMU與負偏置電壓的連接。
步驟S42,測量第一個DUT的飽和電流和閾值電壓。通過對應于第一個DUT的柵極和源極的SMU改變第 一個DUT的柵源極電壓，通過對應于第 一個DUT的源極和漏極的SMU測量第一個DUT的源漏極電流，從而可以得到第一個DUT的飽和電流和閾值電壓。
步驟S43,記錄第一個DUT的飽和電流和閾值電壓，并記錄測量第一個DUT所使用的時間。記錄步驟S41測量所得的飽和電流和閾值電壓，對于第一個DUT來說，步驟S41測量所得的飽和電流和閾值電壓是對應于應力作用時間為10s (第一次測試的預定的應力作用時間)，測量所得的結果。另外，本實施例中，所記錄的測量第一個DlJPf吏用的時間為20s。
步驟S44,關斷對應于第N個DUT的柵極的SMU與負偏置電壓的連接。其中，N的初始值為2。
步驟S45,測量第N個DUT的飽和電流和閾值電壓。通過對應于第N個DUT的柵極和源極的SMU改變第N個DUT的柵源極電壓，通過對應于第N個DUT的源極和漏極的SMU測量第N個DUT的源漏極電流，從而可以得到第N個DUT的飽和電流和閾值電壓。
步驟S46，記錄第N個DUT的飽和電流和閾值電壓，并記錄測量第N個DUT所使用的時間和對應于第N個DUT的應力作用時間。記錄步驟S45測量所得的第N個DUT的飽和電流和閾值電壓，對于第N個DUT來說，對應于第N個DUT的應力作用時間為前面測量各個DUT所-使用的時間總和與預定的應力作用時間點之和。舉例來說，本實施例中，在第一次測試中，第2個DUT的飽和電流和閾值電壓是在對第2個DUT的應力作用時間為30s (即20s+10s)，測量所得的結果；對應于第5個DUT的應力作用時間為測量第1、 2、 3、 4個DUT所使用的時間總和與預定的應力作用時間之和。
步驟S47， N = N+1,判斷N是否大于DUT的個數(shù)，即最后一個DUT是否測量完，若是，則表示一次測試完成，進行步驟S48;若否，則進行步驟S44,繼續(xù)對下 一個DUT進行測量和記錄。
步驟S48，判斷測試時間是否超過了預定的最大測試時間，若是，則結束測試；若否，則繼續(xù)下一次測試，進行步驟S40,同時將對應于各個DUT的柵極的SMU與已確定的負偏置電壓接通，在接通電壓的同時開始計算應力電壓的作用時間和測試時間。本實施例中，在每次測試中，步驟S41、 S43、 S46中預定的應力作用時間不同，如第一次測試的預定的應力作用時間為10s、第二次測試的預定的應力作用時間為100s、第三次測試的預定的應力作用時間為1000s、第四次測試的預定的應力作用時間為10000s等等。
需要說明的是，上述步驟S43和S46中，記錄的是測量DUT所使用的時間，因此，步驟S46中，記錄對應的應力作用時間是將前面測量各個DUT所^使用的時間總和與預定的應力作用時間的和作為對應的應力作用時間記錄。如果步驟S43和S46中，記錄的是DUT測量完后的時間點，則步驟S46中，記錄對應的應力作用時間是將前一個DUT測量完后的時間點作為對應的應力作用時間記錄。
另外，圖4所示實施例是解除一個DUT的應力條件，并對其進行測量和記錄后，再解除下一個DUT的應力條件。在其他實施例中，也可以是同時解除多個DUT的應力條件，并同時對所述多個DUT進行測量和記錄后，再同時解除多個DUT的應力條件。
請繼續(xù)參考圖5,其是圖2所示的方法應用于NBTI測試與圖4所示的NBTI測試的方法的測量結果比較，其中，測量結果I50對應的是圖2所示的方法，即同時對所有DUTs施加應力電壓，在預定的應力作用時間點，關斷所有DUTs的應力電壓，再逐個測量DUT;測量結果151對應的是圖4所示的方法，即同時對所有DUTs施加應力電壓，在預定的應力作用時間點，先關斷第 一個DUT的應力電壓并進行測量，再逐個關斷DUT的應力電壓并進行測量；測量結果150和151都是對第N個DUT (即同一個DUT)測量飽和電流、并計算飽和電流退化ID的結果，并且預定的應力作用時間相同。
從圖5可以看到，應力作用時間T越長，飽和電流退化ID的值越高，即NBTI會使MOS器件的飽和電流退化越快。但是，由于NBTI的恢復效應導致測量結果I50的退化量相較于測量結果I51的退化量要小，例如，在應力作用時間T為22s,第N個DUT的飽和電流退化的測量結果150為1.2455%、測量結果I51為1.6559%,因為測量結果I50是在關斷應力電壓后一段時間才測量和計算得到的，其飽和電流有了一定的恢復(增大)，而測量結果I51是在關斷應力電壓后立即測量和計算得到的，因此測量結果I50的值小于測量結果151的值。采用圖4所示的方法的測量結果應該比圖2所示的方法的測量結果更為準確。
對應于上述可靠性測試的方法，本發(fā)明實施方式還提供了一種可靠性測試的裝置，如圖6所示，所述的裝置包括應力施加模塊60、測量模塊61、記錄模塊62和控制模塊63。
應力施加模塊60,與DUTs連接，對DUT施加應力條件。所述的應力條件包括溫度、電壓、電流、壓力等。
測量模塊61,與DUTs連接，在解除對DUT施加的應力條件后，測量DUT的性能參數(shù)，如飽和電流、閾值電壓等。記錄才莫塊62,記錄DUT的測量數(shù)據(jù)。
控制模塊63，控制應力施加模塊60同時對所有DUTs施加應力條件，在 控制應力施加模塊60解除對前一 DUT施加的應力條件、控制測量模塊61測 量所述前一 DUT的性能參數(shù)和控制記錄模塊62記錄前一 DUT的測量數(shù)據(jù)后， 控制應力施加模塊60解除對后一 DUT施加的應力條件、控制測量模塊61測 量所述后一 DUT的性能參數(shù)和控制記錄模塊62記錄所述后一 DUT的測量數(shù) 據(jù)，其中，所述控制模塊63在預定的應力作用時間點控制應力施加模塊60 解除對第 一被解除應力條件的DUT施加的應力條件。
記錄模塊62記錄的第一被解除應力條件的DUT的測量數(shù)據(jù)包括被測器 件的性能參數(shù)和測量時間，記錄模塊62記錄的其它DUT的測量數(shù)據(jù)包括被 測器件的性能參數(shù)、測量時間和對應的應力作用時間。
所述DUT的測量時間是所述DUT測量完后的時間點，所述DUT的對應 的應力作用時間是前一 DUT測量完后的時間點；或者所述DUT的測量時間 是測量所述DUT所使用的時間，所述DUT的對應的應力作用時間是測量前 面DUT所<吏用的時間總和與預定的應力作用時間的和。。
綜上所述，上述技術方案是在測量DUT前才解除對其施加的應力條件， 也就是說，解除施加在要被測量的DUT上的應力條件后，立即測量其性能參 數(shù)并記錄其應力作用時間，因此，在被測量的DUT的性能參數(shù)的退化沒有恢 復前進行測量，就可以得到準確的測量結果。
另外，上述技術方案是同時對所有的DUTs施加應力條件，相較于現(xiàn)有技 術中對DUT逐個施加應力條件來說，也縮短了總的測試時間。
對于有恢復效應的可靠性測試項目，例如NBTI測試，采用本發(fā)明實施方 式所述的可靠性測試的方法可以得到更為準確的測試結果，當然，對于沒有 恢復效應的可靠性測試項目，例如HCI測試，本發(fā)明實施方式所述的方法同 樣也是適用的。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1. 一種可靠性測試的方法，其特征在于，包括下述步驟同時對所有被測器件施加應力條件；在解除對前一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)后，解除對后一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)，其中，第一被解除應力條件的被測器件的應力條件解除時間為預定的應力作用時間點。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可靠性測試的方法，其特征在于，記錄所述第一 被解除應力條件的被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄被測器件的性能參數(shù)和測量 時間，記錄其它被測器件的測量數(shù)據(jù)包括記錄被測器件的性能參數(shù)、測量時 間和對應的應力作用時間。
3. 根據(jù)權利要求2所述的可靠性測試的方法，其特征在于， 所述記錄被測器件的測量時間是記錄所述被測器件測量完后的時間點； 所述記錄被測器件的對應的應力作用時間是將前一被測器件測量完后的時間點作為#皮測器件的對應的應力作用時間記錄。
4. 根據(jù)權利要求2所述的可靠性測試的方法，其特征在于， 所述記錄被測器件的測量時間是記錄測量所述被測器件所使用的時間； 所述記錄被測器件的對應的應力作用時間是將該被測器件被解除應力條件之前的測量被測器件所使用的時間總和與預定的應力作用時間的和作為被 測器件的對應的應力作用時間記錄。
5. 根據(jù)權利要求1所述的可靠性測試的方法，其特征在于，還包括在完 成對所有的被測器件的一次測試后，對所有的被測器件再次進行測試，直到 滿足測試結束的條件。
6. 根據(jù)權利要求5所述的可靠性測試的方法，其特征在于，所述測試結束 的條件是超過了預定的測試時間、超過了預定的測試次數(shù)、或者測量得到的性能參數(shù)達到了預定的目標值。
7. —種可靠性測試的裝置，其特征在于，包括應力施加模塊，與被測器件連接，對被測器件施加應力條件； 測量模塊，與被測器件連接，測量被測器件的性能參數(shù)； 記錄模塊，記錄被測器件的測量數(shù)據(jù)；控制模塊，控制所述應力施加模塊同時對所有被測器件施加應力條件， 在控制所述應力施加模塊解除對前一被測器件施加的應力條件、控制所述測 量模塊測量所述前一被測器件的性能參數(shù)和控制所述記錄模塊記錄所述前一 被測器件的測量數(shù)據(jù)后，控制所述應力施加模塊解除對后一被測器件施加的 應力條件、控制所述測量模塊測量所述后一被測器件的性能參數(shù)和控制所述 記錄模塊記錄所述后一被測器件的測量數(shù)據(jù)，其中，所述控制模塊在預定的 應力作用時間點控制應力施加模塊解除對第一被解除應力條件的被測器件施 加的應力條件。
8. 根據(jù)權利要求7所述的可靠性測試的裝置，其特征在于，所述記錄模塊 記錄的第一被解除應力條件的被測器件的測量數(shù)據(jù)包括被測器件的性能參數(shù) 和測量時間，所述記錄模塊記錄的其它被測器件的測量數(shù)據(jù)包括被測器件的 性能參數(shù)、測量時間和對應的應力作用時間。
9. 根據(jù)權利要求8所述的可靠性測試的裝置，其特征在于，所述被測器件 的測量時間是所述被測器件測量完后的時間點，所述被測器件的對應的應力 作用時間是前一被測器件測量完后的時間點。
10. 根據(jù)權利要求8所述的可靠性測試的裝置，其特征在于，所述被測器件 的測量時間是測量所述被測器件所使用的時間，所述被測器件的對應的應力 作用時間是該被測器件被解除應力條件之前的測量被測器件所使用的時間總 和與預定的應力作用時間的和。
全文摘要
一種可靠性測試的方法和裝置，所述方法包括同時對所有被測器件施加應力條件；在解除對前一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)后，解除對后一被測器件施加的應力條件、測量其性能參數(shù)和記錄其測量數(shù)據(jù)，其中，第一被解除應力條件的被測器件的應力條件解除時間為預定的應力作用時間點。所述方法是被測器件在被解除應力條件后，性能參數(shù)的退化沒有恢復前就被測量，因此，可以得到更準確的測量結果。
文檔編號G01R31/00GK101458285SQ200710094529
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2007年12月13日
發(fā)明者淼 廖 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司