专利名称：半导体器件的加速老化的检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的检测，特别涉及此类器件的加速老化的检测。
以前曾有各咱方法用于预测或检测半导体器件的性能失效的性能。此类器件制造采用多种方法，防止不耐用的器件在顾客使用时失效。这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，避免退货，减少制造者的保修呼叫，并避免用户的不满。
一种众所周知的与半导体器件寿命特别相关的现象通称为“初期失效率”。该术语用来描述在新元件中观测到的较高失效率。一般，元件在短期工作后，从原始的高失效率下降到一个低值，并在较长的时期继续保持低值。为了避免半导体器件的“初期失效率的效应，一般使此类元件“预烧”，直至初期失效率周期过去。这种“预烧”一般包含交替地给器件通以大的正向电流和施加几乎等于标称峰值的反偏压，或变化器件的温度。“预烧”系统和方法的一些实例可参见美国专利U.S-5，047，711(Smith等人，题目《Wafer-LevelBurn-inTestingofIntegratedCircuits》)，US-5，030，905(Figal，题目《BleowaMinuteBurn-in》)，以及US-4，215，309(Frey，题目《HighEfficiencySwitchingCircuit》)。
然而“预烧”不能探测到仅仅靠施加正向电流不可能探测到的各种与半导体器件相关的问题，也不能探测当器件超过老化曲线中初始高失效点时可能发生的问题。例如在电气系统中经常有高压电涌出现，使半导体器件承受高于制造者规定的电压。发生的瞬时功率电涌一般确定器件出现失效的击穿电压，参见美国专利US-4，307，342(Peterson，题目“MethodandAppara-tusForTestingElectronicsDevices”)。
其它的检测系统和方法已被用来检测从诸如发光二极(LED)或激光二极等半导体器件发出的辐射。某些这样的系统和方法可参见美国专利US、4，578，641(Tiedje题目“SystemsforMeasuringCarrierLifetimeofSemiconductorWafers”)，US-4，797，609(Yane，题目“LEDMonitoringWithoutExternalLightDeteetion”)，US-5，065，007(Tanaka，题目“ApparatrsforMeasuringLightOutputfromSemiconductorLightEmittingElement”)，以及US-4，611，116(Batt，题目“LightEmittingDiodeIntensityTester.”。
另外，还试验那种给半导体器件，诸如P-N结二极管，或双极型晶体管，通以大电流浪涌脉冲，以诱发有关的半导体结的损伤检测系统和方法。这些系统和方法的实例可参见美国专利US-3，978，405(Petree，题目“DamageThresholdsofP-NJunctionDevicebyaCurrentPulseMethod”)以及US-4，301，403(Hawkes等人，题目“ElectricalCircuitTesting”)。
另一公知的检测半导体器件的方法是用统计抽样一组或一些用相同材料制备的器件，然后根据统计样品，画出全组器件的性能。例如，在较成熟的LED材料中，诸如GaAs、GaAsP、或AlGaAs，一般将含有LED管芯的片划开或锯开，然手统计抽样。首先检测LED样品的各种光学和电学工作特性。根据统计的LED样品的老化或其它检测决定或接受或剔除整片LED管芯。对LED半导体器件的这样技术的描述可参见“LightEmittingDiodesAIntrodnetion”一书(K.GillessenandW.Schairer，§3-3-7at98-99，1991)。尽管对成熟的性能可预测的半导体材料有益，但此种统计抽样对选择不太成熟的半导体材料，如碳化硅(Sic)尚不是一种恰当的技术。
其它的技术，如探查一片半导体器件，如LED，已是公知的。这些技术一般包含“片子探查器”，它是检测全工艺完成后的片子的质量和成品率的装置。探查器将一个探头放在片子边缘第一个器件的接触点上，允许使用者实施各种测量。在对第一个器件的测量结束之后，探查器使片子移动一个受控制的距离，到下一个二极管。按接受一剔除惯例，估算在测量周期得到的数据，然后把坏二极管用墨点标记。此种技术的描述也可参见“LightEmittingDiodesAnIntroduction”(K.GillessenandW.Schairer，§3-3-6at97，1991)。
然而，片子探查技术，类似统计抽样，可能适合某些成熟的半导体材料，但是不是总能提供检测不太成熟的半导体材料的方法，因而引起前述的用户不满意的问题。例如，将Sic用于各种半导体器件，包括发光二极管，仅在最近才变成商业上有前途的选择对象。由这些材料制成的器件可参看美国专利US-4，918，497和US-5，027，168(Edmind-本申请的发明人之一，题目“BlueLightEmittingDiodeFormedInSiliconCarbide”)。因此，这些不太成熟的材料要求不同的检测设备和方法。
所以，仍需要一种设备和方法，用于检测对一组器件，其性能不可统计预测的半导体器件的随时预测性能。
所以本发明的一个目的在于提供一种使半导体器件加速老化并测量各种工作特性的检测半导体器件的方法。
本发明的此目的和其它目的以及优点是通过给半导体器件通以足够大的电流脉冲，以使不合格的器件老化、使合格器件稳定，并在施加电流脉冲之前、之中和之后，由测量光学和/或电学工作特性的设备和方法来体现。
特别是，检测半导体器件的方法包括在一段时间内给半导体器件通以预定电流量的脉冲的步骤，并在施加电流脉冲之前、之中和之后测量预定的电学或光学工作特性。
检测片子上半导体器件的系统具有一个接触探头，用于给片上的半导体器件施加电流脉冲，一个与探头电连接的测量装置，用于测量片子上半导体器件的预定的电学和光学工作特性，以及一个与测量装置电连接的光学探测装置，用于探测由片子半导体器件发出的辐射。
本发明上述的和其它目的、优点和特点以及实施方式，结合说明最佳实施例和范例的附图，根据下面对本发明的详细说明，将变得更易于理解。
图1是解释依本发明的检测半导体器件的方法的示意图;
图2A和图2B是解释依本发明超限时间施加各种不同电流脉冲电平的整个半导体器件的老化曲线图;以及图3是依本发明检测整片半导体器件，如LEDs，的系统的示意原理图。
下面参照表明本发明优选实施例的附图对本发明做更全面的说明，由始至终，相同的标号代表相同的零部件。
图1是解释根据本发明检测半导体器件，如LEDs，的方法的示意原理图。如方框10所示，检测中的器件首先测量其预定的电学或光学工作特性，诸如正向电压(VF)，光强和色调。如果一个器件通过初始测量检测，如方框20所示，该器件被进一步分析。如果器件未通过初始测量检测，则该器件的检测终了，剔除该器件，如方框25所示。在该器件工作特性初始测量之后，确定该器件是可接受的，如方框30所示，给该器件在预定的时期内施加一个电流脉冲，以便使不合格的器件老化，使合格器件稳定。施加电流脉冲的时间一般大约2.2秒，电流密度一般大约为3333A/cm2，但可在1666-5000A/cm2间取值。然后，在施加电流脉冲下测量该半导体器件，估算其电学或光学工作特性，如方框40，50和60所示，或者可让该器件快速冷却，然后测量上述特性，如方框85、90和100所示。在施加电流脉冲之中或之后也可测量这些特性。如果工作特性符合要求，则该器件被通过，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，并且被剔除用墨打个标记，如方框80和120所示。被检测器件是用Sic制作的发蓝光二极管。该方法也可用于包括由Sic制作的发绿光二极管的各种其它半导体器件。
如图2A曲线所示，当给处于图1方框30的器件施加的电流电平或数值在短期内增加时，发生老化的器件很少。因此，在一定电流电平间，使合格器件，如LED管芯，稳定，并被接受，和使不合格器件老化，并被剔除的相互关系，一般由曲线预示。电流密度可根据检测中的器件而变化，但是，对Sic而言，一般大约为3333A/cm2是可接受的电平，以引起老化，成为不合格的LED器件。图2B用曲线表明当给器件通以高电流电平(3333A/cm2)的脉冲时，在辐照或以高光强辐照下，使不合格器件老化。
本领域的技术人员，众所周知，用片子检查器检测半导体器件。根据本发明的方法，该片子探查器可用来给半导体材料片子，如Sic，上的单个LED施加脉冲，测量其上器件的工作特性。
对于LED，例如，可以用此技术以及VF和反向电流(IR)或类似技术测量其光强、颜色以及色老化。一般，对LED和其它半导体器件的测量包括一种或一种以上的下列参数正向电压、反向电压、正向电流、反向电流、色调、色调老化、光输出功率、光输出功率老化、发光强度、发光强度老化、发光系数、颜色、颜色老化、峰值色波长、主色波长、响应速度、电容、热阻、耗散功率、及其它们的结合。
另外，从这些测量和各种计算机软件程序可计算和绘制整片上的半导体器件，如LED的全部性能。绘出的图形包括全部时间的电学或光学工作特性，以及不合格的器件和合格的器件在半导体片子上所处的位置。这种绘图给制造者提供关于半导体材料的质量、材料的质量、材料工艺技术以及关于被检测器件的各种其它信息。
图3示意表示检测整片半导体器件，如LED，的设备。十个接触探头，各自用210表示，其中的至少一个，根据图上所描述的方法给片子上的LED施加一个电流脉冲。电流脉冲电流密度较高、典型值大约3333A/cm2。测量装置230与测量片子上半导体器件的预定电学工作特性的接触探头210呈电学连接。该测量装置230配有三个测光仪231、232、245和一个计算机235，实施检测期间的测量。一个光探测装置240，如光纤探头241、242或传感器，与测量装置230电学连接，用于探测从片子上LED器件发出的辐射和色调，蓝绿范围。色调测量可以经过一个蓝通滤光片和一个绿通滤光片来测量和探测每个单个器件的色调比。片子上不合格的器件用墨斗260打上标志。
在附图与说明书中已公开了典型的本发明的优选实施例，虽然采用了一些特定的术语，但它们仅仅是用于一般的及描述意义，不是为了受限制，本发明的保护范围记载于下列权利要求书中。
权利要求
1.一种检测半导体器件的方法，包括下列步骤在一定时间内给半导体器件通以预定电流电平脉冲，以使不合格部分老化，使合适部分稳定；以及在通电流脉冲后，测量半导体器件的电学和光学工作特性。
2.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，进一步包括在给半导体器件通以预定电流电平脉冲步骤之前，对半导体器件的预定电学工作特性进行初始测量的步骤。
3.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，其中的测量预定的电学特性的步骤是在给器件通以电流脉冲当中实施的。
4.根据权利要求2的检测半导体器件的方法，其中的初始测量预定的电学或光学工作特性的步骤，包括选自下列特性构成的组的测量正向电压、反向电压、正向电流、反向电流、色调、色调老化、光输出功率、光输出功率老化、发光强度、发光强度老化、发光系数、颜色、颜色老化、峰值色波长、主色波长、响应速度、电容、热阻、耗散功率及它们结合。
5.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，其中的预定的电流脉冲的电流密度范围从1666-5000A/cm2。
6.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，其中的预定的电流脉冲的电流密度大约为3333A/cm2。
7.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，其中的半导体器件是由Sic制成的。
8.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，其中的半导体器件是由Sic制成的发蓝光的二极管。
9.根据权利要求1的检测半导体器件的方法，还包括为检测中的半导体器件绘制电学工作特性图的步骤。
10.一种检测发光二极管的方法，其步骤包括在一时期内给发光二极管通以预定电平的电流，以使不合格部分老化，使合格部分稳定;以及在通电流脉冲后，测量发光二极管的预定的电学和光学工作特性。
11.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其步骤还包括，在给发光二极管通以预定脉冲电平的电流之前，对发光二极管的预定的电学或光学工作特性的初始测量。
12.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其中的测量预定的电学或光学工作特性步骤是在加电流脉冲当中实施的。
13.根据权利要求11的检测发光二极管的方法，在初始测量步骤之前，把发光二极管片子固定在一个探头机构上，以便一个一个地测量片子上每个发光二极管的电学或光学工作特性。
14.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其步骤还包括报废不满足加电流脉冲之际测量的预定的电学或光学工作特性的片子上的发光二极管。
15.根据权利要求12的检测发光二极管的方法，其步骤还包括如果片子上的发光二极管不满足在加电流脉冲之际测量的预定的电学工作特性，给该管用墨打上标记。
16.根据权利要求11的检测发光二极管的方法，其中的预定的电学或光学工作特性的初始测量步骤包括对一些选自由正向电压、反向电压、正向电流、反向电流、色调、色调老化、光输出功率、光输出功率老化、发光强度、发光强度老化、发光系数、颜色、颜色老化、峰值色波长、主色波长、响应速度、电路、热阻、耗散功率，以及它们的组合构成的组中的特性的测量。
17.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其中的发光二极管是由Sic制成的。
18.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其中的发光二极管是由Sic制成的发蓝光的二极管。
19.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其中的电流脉冲的预定电流密度的范围从1666-5000A/cm2。
20.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其中的电流脉冲的预定电流密度大约为3333A/cm2。
21.根据权利要求10的检测发光二极管的方法，其步骤还包括为检测中的发光二极管绘制电学或光学工作特性图。
22.一种检测片子上半导体器件的系统，该系统包括一个接触探头，用于给片子上半导体器件施加一电流脉冲;一个与所说的探头电学连接的测量装置，用于测量片子上半导体器件的预定的电学或光学工作特性;以及一个与所说的测量装置电学连接的光探测装置，用于探测由片子上半导体器件发出的辐射。
23.根据权利要求22的检测片子上半导体器件的系统，其中所说的测量装置包括一个测光仪和一台计算装置。
24.根据权利要求22的检测片子上半导体器件的系统，其中所说的光探测装置包括一光纤探头。
25.根据权利要求22的检测片子上半导体器件的系统，其中所说的系统还包括多个接触探头，用于给片子上多个半导体器件施加电流脉冲。
全文摘要
一种检测半导体器件的方法，包括在一段时间给半导体器件通以预定电平的电流脉冲之步骤，以使不合格部分老化，使合格部分稳定，及在加电流脉冲后，测量半导体器件的预定电或光工作特性之步骤。提供一种检测片子上半导体器件的系统，具有一个接触探头，用于把电流脉冲施加到片子上的半导体器件上，一个与探头电连接的测量装置，用于测量片子上半导体器件的预定电或光工作特性，以及一个与测量装置电连接的光探测装置，用于探测由片子上半导体器件发出的辐射。
文档编号H01L21/66GK1090053SQ9311442
公开日1994年7月27日 申请日期1993年10月13日 优先权日1992年10月13日
发明者约翰·A·爱德蒙, 道格拉斯·A·阿司布利, 卡温·H·卡特, 道格拉斯·G·华尔兹 申请人:克里研究公司