专利名称：一种开启电压的测试方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体测试领域，尤其涉及一种对半导体产品的开启电压的测试方法及系统。
背景技术：
场效应管包括结型场效应管和MOS型场效应管，应用非常广泛。夹断电压Vp和开启电压Vth是场效应管的重要直流参数。一般，Vth是指增强型场效应管的开启电压。增强型场效应管通过在栅极上加电压使硅表面反型，然后在漏极上加一定电压使源漏之间有电流通过。在测试过程中，在栅极上扫描电压，同时进行源漏端流的测试，当在漏端电流达到目标电流后(开启电流)，则认为此时的栅端电压为开启电压vth。现阶段，由于需要提供给客户在电路设计时候的概要以及验证工艺控制窗口的能力，工厂需要给各户提供大量的失配数据。由于测试精度会对失配测试有明显影响，所以进行开启电压的失配测试要比正常测试更为精确才能满足测试需求。现有的开启电压的测试方法，在栅端从OV开始增加电压进行扫描，设定扫描步长，在漏端测量电流，设目标电流为I μ Α,比较漏端电流与目标电流，当漏端电流达到目标电流时，返回此时开启电压的值。采用这样的扫描模式，在测试到漏端电流达到目标电流一次后，测试结束。如果设置的步长过大，会严重影响测试精度；如果设置的步长过小，则将导致单个器件的测试时间过长，由于失配测试数据量通常较大，这时如果步长设置过小，则会严重影响测试效率。由于在工艺验证与工艺开发阶段会进行大量失配开启电压测试，所以现有开启电压测试方法的扫描范围模式为一次扫描，无法合理设置以满足失配测试精度和效率上的需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种开启电压的测试方法及系统，能够进行精确、高效地测试，满足失配测试等非常精确的开启电压的测试需求。本发明公开了一种开启电压的测试方法，包括:步骤A、开启电压的粗扫描:确定粗扫描步长下的扫描开启电压；步骤B、开启电压的精扫描:在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长则根据最后一次扫描结果计算开启电压；其中，所述扫描开启电压为在当前扫描步长下使得漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。 优选地，步骤B具体为:步骤B01、判断前一次扫描步长与所述设定步长之间的大小关系，如果前一次的扫描步长大于等于所述设定步长时，则缩小扫描步长得到当前扫描步长；如果当前扫描步长小于所述设定步长，则执行步骤B05 ;否则执行步骤B02 ；步骤B02、测量当栅端电压为前一次扫描步长对应的扫描开启电压时的漏端电流，并比较漏端电流与所述目标电流，如果漏端电流小于所述目标电流时，执行步骤B03 ;否则执行步骤B04 ；步骤B03、按当前扫描步长逐步升高所述栅端电压，并测量对应的漏端电流，直到漏端电流第一次大于等于所述目标电流，返回当前的栅端电压作为当前扫描步长对应的扫描开启电压，同时返回扫描开启电压对应的漏端电流以及本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压，并转入步骤BOl ；步骤B04、按当前扫描步长逐步降低所述栅端电压，并测量对应的漏端电流，直到漏端电流第一次小于所述目标电流，返回大于等于目标电流的最小漏端电流所对应的栅端电压作为当前扫描步长对应的扫描开启电压，同时返回扫描开启电压对应的漏端电流以及本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压，并转入步骤BOl ；步骤B05、根据最后一次扫描结果返回的扫描开启电压和对应的漏端电流以及小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压计算开启电压。优选地，在所述步骤BOl中，缩小当前扫描步长包括将扫描步长乘以缩小系数，缩小系数λ满足0〈 λ〈I。优选地，所述缩小系数λ为1/10。优选地，在所述步骤Β04中还包括，当所述栅端电压每一次发生改变之后，将改变后的栅端电压与一电压下限进行比较，如果比该电压下限小，则返回错误。优选地，所述电压下限设置为2倍的栅端扫描电压起始值。优选地，在所述步骤Β03中还包括，当所述栅端电压每一次发生改变之后，将所述栅端电压与一电压上限进行比较，如果比该电压上限大，则返回错误。优选地，所述电压上限设置为2倍的栅端电压扫描最大值。优选地，所述根据最后一次扫描结果返回的扫描开启电压和对应的漏端电流以及小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压计算开启电压为直接返回最后一次扫描的扫描开启电压作为开启电压，或者按以下公式进行计算:K= (Id2-1dl) /Vgstep,B=(Vg2*Idl_Vgl*Id2)/Vgstep返回Rslt=P* (Itarget-B)/K 作为开启电压；其中当场效应管为P型时，P值为-1，当场效应管为N型时，P值则为1，Vg2为最后一次扫描的扫描开启电压，Id2为Vg2对应的漏端电流，Idl为最后一次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值，Vgl为Idl对应的栅端电压，Vgstep为最后一次扫描的扫描步长，Itarget为目标电流。本发明还公开了一种开启电压的测试系统，包括:粗扫描模块，用于确定粗扫描步长下的扫描开启电压；精扫描模块，用于在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；并不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长，根据最后一次扫描结果计算开启电压；其中，所述扫描开启电压为在当前扫描步长下使得漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。本发明的技术方案，通过在细扫描测试时加入高分辨率、高精度测试转换，自动对扫描电压进行增减，使得开启电压的测试值更高效、更精确。
图1是本发明提出的开启电压的测试方法的基本流程图。图2是本发明一种具体实施方式
所提出的开启电压的测试流程图。图3是本发明一种具体实施方式
的开启电压的测试系统的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。图1示出了本发明提出的开启电压的测试方法的基本流程图。如图1所示，所述方法包括:步骤100、开启电压的粗扫描:确定粗扫描步长下的扫描开启电压；步骤200、开启电压的精扫描:在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长则根据最后一次扫描结果计算开启电压；其中，所述扫描开启电压为在当前扫描步长下使得漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。本发明的技术方案，通过在细扫描测试时加入高分辨率、高精度测试转换，自动对扫描电压进行增减，使得开启电压的测试值更高效、更精确。图2是本发明一种具体实施方式
所提出的开启电压的测试流程图。如图2所示，所述方法包括:步骤100、开启电压的粗扫描:确定粗扫描步长下的扫描开启电压；步骤200、开启电压的精扫描:在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长则根据最后一次扫描结果计算开启电压。其中，步骤200具体包括步骤210,判断前一次的扫描步长Vgstep与设定步长之间的大小关系，当前一次扫描步长Vgstep大于等于设定步长时,则缩小当前扫描步长Vgstep ;当前一次扫描步长小于设定步长，则执行步骤250。其中，步长越小测试精度越高。步骤220，再次测量当栅端电压为前一次扫描步长对应的扫描开启电压Vg2时的漏端电流Id2,比较漏端电流Id2与目标电流Itarget,当Id2小于Itarget,转入步骤230 ；否则执行步骤240。步骤230，记录Vgl=Vg2和Idl=Id2，也即，用Vgl和Idl记录较小的上一次测量时的栅端电压和漏端电流，用Vg2作为当前栅端电压来进行测量。调整栅端电压Vg2=Vg2+Vgstep,并测量对应的漏端电流Id2,当漏端电流Id2大于等于目标电流Itarget,返回Vgl、Vg2、Idl和Id2，并转入步骤210。这时，Vg2和Id2扫描开启电压和扫描开启电压对应的漏端电流，Idl和Vgl是栅端电压上一次调整这是实际上为本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压。步骤240，记录Vg2=Vgl和Id2=Idl，也即，用Vg2和Id2记录较大的上一次测量时的栅端电压和漏端电流，用Vgl作为当前栅端电压来进行测量。调整栅端电压Vgl=Vgl-Vgstep,并测量漏端电流Idl,当漏端电流Idl小于目标电流Itarget,返回Vgl、Vg2、Idl和Id2，转入步骤210。这时，由于Idl是第一次低于目标电流的漏端电流，由此，Vg2和Id2作为上一次测量时的栅端电压和漏端电流，Id2肯定是大于目标电流的值中，最小的漏端电流值，因此，对应的Vg2是当前扫描步长漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。可以作为本次扫描的扫描开启电压。Idl和Vgl是实际上为本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压。步骤250，根据返回的结果得到开启电压。实际上，如果在测量过程中不出现电流跳变，每个扫描步长的扫描结束得到的扫描启动电压对应的漏端电流都应该是大于目标电流Itarget的。在步骤220再次测量栅端电压为上一次的扫描步长对应的扫描启动电压时对应的漏端电流是为了防止器件电流跳变的情况出现，如果上一次测量中存在电流跳变，使得实际上上一次扫描对应的扫描启动电压的漏端电流小于目标电流，本实施例的方法利用步骤230的操作对其进行校正，从而以缩小后的扫描步长来递增栅端电压以扫描得到对应于该扫描步长的扫描开启电压。步骤220和步骤230的加入，防止了由于电流跳变导致的扫描出错，大大提高了开启电压的测试精度和效率。通常，在粗扫描中的扫描步长都远大于精扫描中的设定步长，这样可以提高粗扫描的效率。可选的，在步骤210中，缩小当前扫描步长时可以选择成比例缩小，例如Vgstep=X Vgstep,缩小系数λ满足0〈λ〈1，缩小系数λ可以取1/10,也可以采用分梯次缩小扫描步长并自动判断选择的步长是否过大，从而实现自定义合理缩小扫描步长，设定步长可设置为0.0001。可选地，在步骤230中还包括，当Vg2每一次发生改变之后，将Vg2与一电压上限进行比较，如果Vg2比该电压上限大，则结束，例如该电压上限设置为2倍的Vgmax。这样可以更高效的执行，及时地阻止错误。可选地，在步骤240中还包括，当Vg2每一次发生改变之后，将Vg2与一电压下限进行比较，如果Vg2比该电压下限小，则结束，例如该电压下限设置为2倍的Vgstart。这样可以更高效的执行，及时地阻止错误。在步骤250中，可以直接以返回的Vg2作为开启电压，也可以通过以下公式获得更为精确的开启电压值:K= (Id2-1dl) /Vgstep, B=(Vg2*Idl_Vgl*Id2)/VgstepRslt=P* (Itarget-B)/K，其中当场效应管为P型时，P值为-1，当场效应管为N型时，P值则为I。本发明的方法，可以应用于ΠΝΧ操作系统，并基于4070程式设计平台。在该程序
设计平台中，将上述方法撰写为一个子程序，其主要程序片断如下:
For Vg2=Vgstart to Vgmax STEP Vgstep Force—w(G，P*Vg2，Vg2, 1.E-6)
Measure」(D, Id2, I comp) ld2=P*ld2
IF Id2>=Itatget THEN Outl Vgl=vg2 ldl=ld2 NEXT Vg2 Out1:!
Set_adc (I, 2)
Set—smu—ch (32701，I, I)
IF Idl=O OR ld2<Itatget THHN 0ut2
While Vgstep>=0.0001
Ygstep=Vestep/10
Force_v(G, P*Vg2, Vg2, 1.E-6)
权利要求
1.一种开启电压的测试方法，包括: 步骤A、开启电压的粗扫描:确定粗扫描步长下的扫描开启电压； 步骤B、开启电压的精扫描:在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长，根据最后一次扫描结果计算开启电压； 其中，所述扫描开启电压为在当前扫描步长下使得漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤B具体为: 步骤B01、判断前一次扫描步长与所述设定步长之间的大小关系，如果前一次的扫描步长大于等于所述设定步长，则缩小扫描步长得到当前扫描步长；如果当前扫描步长小于所述设定步长，则执行步骤B05 ;否则执行步骤B02 ； 步骤B02、测量当栅端电压为前一次扫描步长对应的扫描开启电压时的漏端电流，并比较漏端电流与所述目标电流，如果漏端电流小于所述目标电流时，执行步骤B03 ;否则执行步骤B04 ； 步骤B03、按当前扫描步长逐步升高所述栅端电压，并测量对应的漏端电流，直到漏端电流第一次大于等于所述目标电流，返回当前的栅端电压作为当前扫描步长对应的扫描开启电压，同时返回扫描开启电压对应的漏端电流以及本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压，并转入步骤BOl ； 步骤B04、按当前扫描步长逐步降低所述栅端电压，并测量对应的漏端电流，直到漏端电流第一次小于所述目标电流，返回大于等于目标电流的最小漏端电流所对应的栅端电压作为当前扫描步长对应的扫描开启电压，同时返回扫描开启电压对应的漏端电流以及本次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压，并转入步骤BOl ； 步骤B05、根据最后一次扫描结果返回的扫描开启电压和对应的漏端电流以及小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压计算开启电压。
3.如权利要求2所述的方法，在所述步骤BOl中，缩小当前扫描步长包括将扫描步长乘以缩小系数，缩小系数λ满足ο〈λ〈ι。
4.如权利要求3所述的方法，所述缩小系数λ为1/10。
5.如权利要求2所述的方法，在所述步骤Β04中还包括，当所述栅端电压每一次发生改变之后，将改变后的栅端电压与一电压下限进行比较，如果比该电压下限小，则返回错误。
6.如权利要求5所述的方法，所述电压下限设置为2倍的栅端扫描电压起始值。
7.如权利要求2所述的方法，在所述步骤Β03中还包括，当所述栅端电压每一次发生改变之后，将所述栅端电压与一电压上限进行比较，如果比该电压上限大，则返回错误。
8.如权利要求7所述的方法，所述电压上限设置为2倍的栅端电压扫描最大值。
9.如权利要求1所述的方法，所述根据最后一次扫描结果返回的扫描开启电压和对应的漏端电流以及小于目标电流的漏端电流最大值以及对应的栅端电压计算开启电压为直接返回最后一次扫描的扫描开启电压作为开启电压，或者按以下公式进行计算:K=(Id2_Idl)/Vgstep,B=(Vg2*Idl_Vgl*Id2)/Vgstep返回Rslt=P* (Itarget-B)/K作为开启电压； 其中当场效应管为P型时，P值为-1，当场效应管为N型时，P值则为1，Vg2为最后一次扫描得到的扫描开启电压，Id2为Vg2对应的漏端电流，Idl为最后一次扫描中小于目标电流的漏端电流最大值，Vgl为Idl对应的栅端电压，Vgstep为最后一次扫描的扫描步长，Itarget为目标电流。
10.一种开启电压的测试系统，包括: 粗扫描模块，用于确定粗扫描步长下的扫描开启电压； 精扫描模块，用于在前一次扫描步长对应的扫描开启电压的基础上，以缩小后的扫描步长作为当前扫描步长进行扫描，确定在缩小后的扫描步长所对应的扫描开启电压；并不断缩小扫描步长并扫描直到前一次的扫描步长小于设定步长，根据最后一次扫描结果计算开启电压； 其中，所述扫描开启电压为以当前扫描步长漏端电流大于目标电流时的栅端电压最小值。
全文摘要
本发明公开了一种开启电压的测试方法及系统，包括开启电压的粗扫描快速确定漏端电流第一次大于目标电流时的栅端电压值，即开启电压；开启电压的精扫描不断缩小扫描步长直到所述扫描步长小于设定步长，在每一次缩小扫描步长时，在前一次确定的开启电压的基础上，以当前缩小后的扫描步长进行扫描，再次确定在当前缩小后的扫描步长下的开启电压。本发明的技术方案，通过在第二次扫描测试时加入高分辨率、高精度测试转换，自动对扫描电压进行增减，使得开启电压的测试更高效、更精确。
文档编号G01R31/26GK103105570SQ20131002491
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者王明, 连晓谦, 凌耀君, 许文慧, 陈寒顺 申请人:无锡华润上华科技有限公司