專利名稱：高壓mos器件測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件測試領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓MOS器件(HVMOS)的測試方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝的后端，通常需要對半導(dǎo)體晶圓上的芯片進(jìn)行功能測試。測試良好的晶圓才能作為有效的產(chǎn)品投入后續(xù)的使用。隨著晶圓尺寸的日益增長，單片晶圓上的芯片數(shù)量也越來越多，不可能逐個(gè)測試所有芯片的器件功能，僅會(huì)在晶圓上隨機(jī)選取若干點(diǎn)測試其器件功能。近年來高壓MOS器件(HV M0S)應(yīng)用日益廣泛，例如電源控制、驅(qū)動(dòng)電路等領(lǐng)域。其工作電壓在幾十伏甚至上百伏，高電壓所帶來的許多物理特性尤其是高壓MOS器件的可靠性問題是開發(fā)的方向，而對高壓MOS器件的可靠性測試則顯得尤為重要。以高壓NMOS器件為例，圖1示出了其半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，與普通的MOS晶體管的基本結(jié)構(gòu)相似，包括源漏極以及柵極?，F(xiàn)有的器件測試方法主要是，將柵極電壓Vg與漏極電壓Vd直接通入測試電壓Vdd，而將源極接地，測試高壓NMOS器件中流過的源漏電流Ids。在測試前，通常會(huì)設(shè)定一個(gè)電流值，若所述電流Ids與該設(shè)定值吻合，則認(rèn)定該器件為良品。測試電壓Vdd不一定等于高壓MOS器件的正常工作電壓，通常測試電壓會(huì)設(shè)定的較高。發(fā)明人在測試過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有方法存在如下問題測試電壓Vdd較高，有時(shí)候電流Ids經(jīng)常達(dá)不到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，而被判定為失效。但這種失效率與預(yù)估的相差甚遠(yuǎn)，在排除了工藝原因后，應(yīng)當(dāng)與測試方法有關(guān)。經(jīng)過進(jìn)一步研究，發(fā)明人推斷雖然載流子速度飽和并不是高壓器件特有的性質(zhì)，但是因?yàn)楦邏浩骷碾妶鰪?qiáng)度通常比普通MOS高一個(gè)數(shù)量級，導(dǎo)致速度飽和更易于發(fā)生，且發(fā)生速度飽和的時(shí)機(jī)并不固定，即飽和電流不一致。這樣便解釋了上述現(xiàn)象，假設(shè)測試電壓Vdd設(shè)置的過高，使得源漏極與襯底之間的結(jié)電壓過高，容易在這些部位(圖1中的虛線所圈位置)產(chǎn)生二次效應(yīng)，例如寄生場效應(yīng)等，使得Ids飽和，而達(dá)不到預(yù)期的大小。上述現(xiàn)象會(huì)使得現(xiàn)有的測試方法無法正確判斷高壓MOS器件是否失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓MOS器件的測試方法，有效解決源漏電流因?yàn)檫^早飽和而導(dǎo)致的測試不準(zhǔn)的問題。本發(fā)明提供的高壓MOS器件的測試方法，用于測試半導(dǎo)體晶圓上各芯片的高壓MOS器件是否失效，包括在半導(dǎo)體晶圓上任選若干芯片，測試其高壓MOS器件；將所述各芯片的高壓MOS器件的一極接地，另一極與柵極接測試端；逐步升高在所述測試端施加的測試電壓，并同時(shí)測量各高壓MOS器件對應(yīng)的源漏電流；所述測試電壓的初始值小于所述高壓MOS器件的飽和電壓；根據(jù)所述測試電壓以及相應(yīng)的源漏電流，形成各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線；根據(jù)所述輸出特性曲線判定所述高壓MOS器件是否失效?？蛇x的，采用固定的幅度遞增施加于測試端的測試電壓。所述測試電壓從零開始遞增或者從所述高壓MOS器件的閾值電壓開始遞增?？蛇x的，所述判定失效包括將各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線相互比較，從而判定失效器件?？蛇x的，所述判定失效包括建立高壓MOS器件的標(biāo)準(zhǔn)輸出特性曲線，將各測試的高壓MOS器件的輸出特性曲線與之比較從而判定失效器件。可選的，所述判定失效包括設(shè)定所述高壓MOS器件的飽和區(qū)測試電壓的臨界值，將測試電壓在小于所述臨界值時(shí)便進(jìn)入飽和區(qū)的高壓MOS器件判定為失效器件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的測試方法，采用遞增調(diào)整測試電壓的方式，測試源漏電流，能夠避免因寄生效應(yīng)導(dǎo)致源漏電流過小，而發(fā)生錯(cuò)誤判定的問題。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按比例繪制，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺寸。圖1為高壓NMOS器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；圖2為采用現(xiàn)有測試方法的晶體管輸出特性曲線；圖3為本發(fā)明所述測試方法的流程圖；圖4為采用本發(fā)明測試方法的晶體管輸出特性曲線。圖5為本發(fā)明測試方法與現(xiàn)有測試方法的測試對比圖。
具體實(shí)施例方式從背景技術(shù)部分可知，現(xiàn)有的高壓MOS器件測試方法，在柵極以及源極上施加固定的測試電壓，測試流經(jīng)的源漏電流，容易因?yàn)楦邏核鶐淼募纳?yīng)，影響MOS器件的電學(xué)性能，導(dǎo)致測試不準(zhǔn)。圖2示出了采用現(xiàn)有測試方法的晶體管輸出特性曲線。如圖2所示，假設(shè)在正常情況下，該高壓MOS器件的輸出特性曲線應(yīng)當(dāng)為虛線(由于通常測試時(shí)，柵極與漏極相連，因此在該特性曲線初段，高壓MOS器件未開啟，源漏電流為0)。其飽和區(qū)的臨界電壓值為V，飽和電流為I。而如果測試電壓是突然施加于高壓MOS器件上的，且該測試電壓處于高壓區(qū)段(如圖中的A點(diǎn))，瞬時(shí)的高電壓在高壓MOS器件的源漏摻雜區(qū)與襯底之間產(chǎn)生非常強(qiáng)的結(jié)電場，容易在此處產(chǎn)生一系列的寄生效應(yīng)，例如高溫引發(fā)的載流子熱效應(yīng)等等，此時(shí)源漏電流的大小為I’，而無法到達(dá)按照原輸出特性曲線的預(yù)計(jì)值I。由于這種源漏電流值達(dá)不到預(yù)計(jì)大小的情況是因檢測方法不當(dāng)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)造成的，而非器件本身失效。如果以原有判定方式則可能得到不準(zhǔn)確的結(jié)果。是否會(huì)出現(xiàn)上述寄生效應(yīng)，雖然取決于高壓MOS器件的自身結(jié)構(gòu)以及電性參數(shù)的設(shè)計(jì)，但通過改進(jìn)測試方法可以避免以上誤判的情況發(fā)生。
如圖3所示，本發(fā)明提供了一種高壓MOS器件的測試方法，具體的，該測試方法應(yīng)用于對半導(dǎo)體晶圓上各芯片的高壓MOS器件進(jìn)行功能測試，所述測試方法包括如下步驟SlOl、在半導(dǎo)體晶圓上任選若干芯片，測試其高壓MOS器件；正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)在半導(dǎo)體晶圓尺寸較大，上面的芯片數(shù)目眾多。逐個(gè)做電路功能測試是不太現(xiàn)實(shí)的。通常會(huì)在其中隨機(jī)選取5到10個(gè)芯片進(jìn)行測試。需要指出的是，由于同一塊半導(dǎo)體晶圓上各芯片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均相同，因此這里所述的測試其高壓MOS器件，應(yīng)當(dāng)針對的是不同芯片上的同一個(gè)功能、結(jié)構(gòu)的高壓MOS器件。而不是對不同功能、結(jié)構(gòu)的高壓MOS器件進(jìn)行測試，否則便失去了比對或者功能測試的效能。S102、將所述各芯片的高壓MOS器件的一極接地，另一極與柵極接測試端；與現(xiàn)有技術(shù)相同，所謂功能測試只是測試該高壓MOS器件的功用。因此最簡單的辦法就是，使其工作在線性放大區(qū)，在源漏間施加電壓，測試源漏電流。根據(jù)電流的流向，NMOS器件與PMOS器件的接法不同。針對于NMOS器件，通常將其柵極與漏極連接測試端，并施加正的測試電壓，而將其漏極接地。PMOS器件的接法相反。以上電路連接為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，此處不再贅述。當(dāng)柵極與漏極上施加的測試電壓大于閾值電壓時(shí)，便可以在源漏極之間產(chǎn)生電流；進(jìn)一步的，當(dāng)該測試電壓同時(shí)滿足小于MOS器件的飽和電壓時(shí)，該MOS器件工作于線性放大區(qū)，所述電流隨著測試電壓的增大而增大。如果高壓MOS器件在所述線性放大區(qū)內(nèi)正常工作，那么固定的測試電壓應(yīng)當(dāng)相對于固定的源漏電流，通常根據(jù)源漏電流的大小，便可以判斷該高壓MOS器件是否正常，如果過于偏小則可以判定其失效。而偏大的情況，除非源漏極之間發(fā)生了短路，否則是不太可能發(fā)生的，通常不在功能測試的范圍內(nèi)。以上也是現(xiàn)有測試方法的做法。但對于本發(fā)明，由于前述機(jī)制的可能性，僅僅依靠固定的測試電壓，判斷源漏電流的大小，并不足以斷定高壓MOS器件是否失效。本發(fā)明測試方法的主要內(nèi)容，在于后續(xù)的三步步驟。S103、逐步升高在所述測試端施加的測試電壓，并同時(shí)測量各高壓MOS器件的源漏電流；S104、根據(jù)所述測試電壓以及相應(yīng)的源漏電流，形成各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線；S105、根據(jù)所述輸出特性曲線判定所述高壓MOS器件是否失效。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明的測試方法，并不是在測試端施加固定的測試電壓。而是采用了逐步升高測試電壓的方式，同時(shí)測量其中選定的測試點(diǎn)所對應(yīng)的源漏電流。作為可選方案，測試電壓的初始電壓可以為0也可以為高壓MOS器件的閾值電壓；可以采用固定幅度的方式逐步遞增。每遞增至一個(gè)測試點(diǎn)的電壓值，記錄一次源漏電流，將這些記錄點(diǎn)連起來便形成完整的輸出特性曲線。圖4為本發(fā)明測試方法的輸出特性曲線圖，隨著測試電壓從0逐步升高時(shí)，高壓MOS器件起初處于截止區(qū)；然后隨著測試電壓逐漸大于閾值電壓，源漏電流大小與柵極電壓無關(guān)而與源漏電壓差線性相關(guān)，從而進(jìn)入線性放大區(qū)；最后增長到一定值后不再隨測試電壓變化而變化，從而進(jìn)入飽和區(qū)。如果測試電壓直接從閾值電壓開始升高，則可以跳過上述截止區(qū)。這種測試機(jī)制在于，最初的時(shí)候測試電壓較小，高壓MOS器件肯定不處于飽和區(qū)。至于具體位于截止區(qū)還是線性放大區(qū)，取決于測試電壓的初始電壓大小。通過對高壓MOS器件的輸出特性曲線進(jìn)行相互比對或者選取標(biāo)準(zhǔn)參照比對等方式，可以很容易的判斷該高壓MOS器件是否正常工作。由于本發(fā)明中測試電壓是逐步升高的，因此可以避免一些寄生效應(yīng)的累積(例如不會(huì)因?yàn)樗矔r(shí)結(jié)電場過大而產(chǎn)生高溫，引發(fā)載流子熱效應(yīng)等)，從而在高壓區(qū)段，避免寄生效應(yīng)的影響。具體的，假設(shè)采用現(xiàn)有測試方法，測試電壓直接施加一個(gè)較高的電壓，有可能因?yàn)樵绰诫s區(qū)與襯底之間瞬時(shí)結(jié)電場過強(qiáng)導(dǎo)致的寄生效應(yīng)，使得高壓MOS器件進(jìn)入飽和區(qū)，源漏電流Ids過小，從而產(chǎn)生誤判；而采用本發(fā)明測試方法，測試電壓從0緩慢上升至一個(gè)較高的電壓時(shí)，上述寄生效應(yīng)不會(huì)發(fā)生，而依然處于線性放大區(qū)，根據(jù)此時(shí)源漏電流Ids能夠準(zhǔn)確的判定該高壓MOS器件是否失效。此外，根據(jù)得到的輸出特性曲線可以從以下多個(gè)方法來判斷高壓MOS器件是否正
常工作。作為一個(gè)可選實(shí)施例，由于半導(dǎo)體晶圓上選了多個(gè)芯片的同一功能結(jié)構(gòu)的高壓MOS器件進(jìn)行測試，因此可以將各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線相互比較，其中與其他高壓MOS器件輸出特性曲線差異較大的判定為失效器件。如果均為正常有效，各條輸出特性曲線應(yīng)該是一致的(即使有偏差也是在允許范圍)。這種判定方法實(shí)現(xiàn)起來較為簡單迅速，但不排除存在少部分器件是有效的，而大部分器件失效的情況，因此適用范圍有限。作為另一個(gè)可選實(shí)施例，還可以預(yù)先找一個(gè)已知正常有效的高壓MOS器件，采用相同的測試電壓升高方法，建立標(biāo)準(zhǔn)的輸出特性曲線；然后在后續(xù)測試中，將各測試的高壓MOS器件的輸出特性曲線與之比較從而判定失效器件。如果差異較大，則判定該高壓MOS器件失效。具體差異多大算失效是根據(jù)器件自身參數(shù)以及對產(chǎn)品良率的要求，而人為設(shè)定的，并無普遍標(biāo)準(zhǔn)。作為又一個(gè)可選實(shí)施例，設(shè)定所述高壓MOS器件的飽和區(qū)測試電壓的臨界值。假設(shè)在逐步升高測試電壓的過程中，當(dāng)所述測試電壓小于所述臨界值時(shí)，高壓MOS器件便進(jìn)入飽和區(qū)，則判定其為失效器件。圖5提供了本發(fā)明測試方法與現(xiàn)有測試方法的測試對比圖。對于某一特定功能結(jié)構(gòu)的高壓MOS器件，在同一半導(dǎo)體晶圓上選五個(gè)芯片，分別采用本發(fā)明測試方法以及現(xiàn)有測試方法進(jìn)行測試。首先采用本發(fā)明測試方法，將測試電壓從0緩慢升高至Vdd (本實(shí)施例采用標(biāo)準(zhǔn)的芯片供電電壓3. 8V)，測得五個(gè)芯片的高壓MOS器件的源漏電流較為一致，均在4.27E+02(科學(xué)計(jì)數(shù)法10的2次方)微安左右，應(yīng)當(dāng)可以判定均為有效的產(chǎn)品。而采用現(xiàn)有測試方法，直接在測試端施加Vdd，測得五個(gè)芯片的高壓MOS器件的源漏電流中，僅有芯片2與先前測試結(jié)果一致，而其他芯片的源漏電流均偏小，且差異較大，如果以此判斷其他芯片全部失效，則形成了誤判。綜上，本發(fā)明的高壓MOS器件測試方法，能夠避免因?yàn)楦邏篗OS器件中的寄生效應(yīng)過早進(jìn)入飽和區(qū)，造成誤判測試不準(zhǔn)的問題。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)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(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高壓MOS器件的測試方法，用于測試半導(dǎo)體晶圓上各芯片的高壓MOS器件是否失效，其特征在于，包括在半導(dǎo)體晶圓上任選若干芯片，測試其高壓MOS器件；將所述各芯片的高壓MOS器件的一極接地，另一極與柵極接測試端；逐步升高在所述測試端施加的測試電壓，并同時(shí)測量各高壓MOS器件對應(yīng)的源漏電流；所述測試電壓的初始值小于所述高壓MOS器件的飽和電壓；根據(jù)所述測試電壓以及相應(yīng)的源漏電流，形成各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線.一入 ，根據(jù)所述輸出特性曲線判定所述高壓MOS器件是否失效。
2.如權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于，采用固定的幅度遞增施加于測試端的測試電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的測試方法，其特征在于，所述測試電壓從零開始遞增。
4.如權(quán)利要求2所述的測試方法，其特征在于，所述測試電壓從所述高壓MOS器件的閾值電壓開始遞增。
5.如權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于，所述判定失效包括將各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線相互比較，從而判定失效器件。
6.如權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于，所述判定失效包括建立高壓MOS器件的標(biāo)準(zhǔn)輸出特性曲線，將各測試的高壓MOS器件的輸出特性曲線與之比較從而判定失效器件。
7.如權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于，所述判定失效包括設(shè)定所述高壓MOS器件的飽和區(qū)測試電壓的臨界值，將測試電壓在小于所述臨界值時(shí)便進(jìn)入飽和區(qū)的高壓MOS器件判定為失效器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓MOS器件的測試方法，用于測試半導(dǎo)體晶圓上各芯片的高壓MOS器件是否失效，包括在半導(dǎo)體晶圓上任選若干芯片，測試其高壓MOS器件；將所述各芯片的高壓MOS器件的一極接地，另一極與柵極接測試端；逐步升高在所述測試端施加的測試電壓，并同時(shí)測量各高壓MOS器件對應(yīng)的源漏電流；所述測試電壓的初始值小于所述高壓MOS器件的飽和電壓；根據(jù)所述測試電壓以及相應(yīng)的源漏電流，形成各芯片的高壓MOS器件的輸出特性曲線；根據(jù)所述輸出特性曲線判定所述高壓MOS器件是否失效。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用遞增調(diào)整測試電壓的方式，測試源漏電流，能夠避免因寄生效應(yīng)導(dǎo)致源漏電流過小，而發(fā)生錯(cuò)誤判定的問題。
文檔編號G01R31/26GK102385029SQ20111024768
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者韋敏俠 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司