一种晶圆级可靠性热载子的并行测试方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆级可靠性热载子的并行测试方法。

背景技术：

在目前先进的深亚微米集成电路制造业中，半导体器件的可靠性愈来愈引起人们的重视。但是，传统的可靠性测试的周期相当长，人们正迫切地寻找新的快速器件可靠性测试方法。

在现有技术中，晶圆级热载子HCI(Hot Carrier Injection)效应测试是给单个器件施加HCI应力条件。测试的总时间是根据测试器件的个数，不同的HCI应力条件数量，以及不同HCI应力条件下实际应力施加的时间的总和来计算。如果是几种不同类型的器件，相应的时间将是成倍的增加。

下面以晶圆级热载子效应测试程序(PDQ-WLRTM，版本3.01)为例进行说明。该测试程序由美国Sandia Technologies inc.公司提供的，在Agilent4072自动控制测试机台上完成测试。它的测试流程是用HCI_4_MOS_Builder生成两个设置文件，一个是参数施加命令文件，另一个是完成施加HCI应力条件的时间读点文件，并且按照下面示意图(如图1和图2所示)所描述的测试流程来完成测试。

请参阅图1和图2，图1为现有技术中热载子效应测试总流程示意图，图2为现有技术中热载子效应退化的应力施加及电性参数测试流程图。

本领域技术人员清楚，晶圆级热载子效应测试是施加HCI应力条件在逐个器件上进行的。测试的总时间直接决定于测试器件的个数、不同的HCI应力条件个数以及不同HCI应力条件下实际应力施加的时间的总和来计算的。在这种情况下，通常会超过90％的时间是用在施加HCI应力条件使器件退化的时间上。

为了缩短测试周期，有些公司采用对器件施加更高的HCI应力条件来加速器件的退化，但是这种方式并不看好，因为在更高的HCI应力条件下，器件的物理机制已发生了变化。

本领域的技术人员也曾试着改变版图的器件连接方式，如将几个器件将要被施加HCI应力条件的端口(栅极或漏极)连接在一起；然后，用美国Sandia Technologies inc.公司提供的程序，就可以同时施加HCI应力条件在几个器件上进行测试了。请参阅图3和图4，图3为现有技术中共漏极连接方式的HCI测试结构示意图，图4为现有技术中共栅极连接方式的HCI测试结构示意图。

然而，如图3和图4所示，在版图上器件的连接方式均发生了改变。这样一来，由于从同一个施加HCI应力的端口到几个器件的连线长短不同造成的寄生电阻，使得一部分HCI应力压降会损失在这些连线上，最终导致这几个器件实际被施加的HCI应力不一致造成误差。

因此，业界急需开发一种新的晶圆级热载子效应测试方法，其能在不改变器件的连接方式的情况下，可以缩短测试时间。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种晶圆级可靠性热载子的并行测试方法，其在不用改变版图的器件连接方式情况下，达到平行施加HCI应力在几个器件上，并行测试可靠性方式的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种晶圆级可靠性热载子的并行测试方法，包括：

步骤S1：初始化测试设置文件；其中，所述的测试设置文件包括在晶圆上需测试器件信息文件、参数施加命令文件和完成施加HCI应力条件的时间读点文件；所述参数施加命令文件包括被施压前、施压时和施压后的参数数据和参数施加命令；

步骤S2：利用开关矩阵对在晶圆上需测试器件信息文件中记录的多个器件建立并行应力施加HCI测试结构；

步骤S3：根据参数施加命令文件和完成施加HCI应力条件的时间读点文件，对在晶圆上需测试器件信息文件中记录的多个器件进行检测，并将关键参数的检测结果按施压前、施压时和施压后分类存储到数据库中。

优选地，所述并行应力施加HCI测试结构为通过所述开关矩阵将各器件的栅极共同连接到第一施加电压，将各器件的漏极共同连接到第二施加电压，将各器件的源极和衬底端共同连接到接地端。

优选地，所述并行应力施加HCI测试结构为通过所述开关矩阵将各器件的栅极共同连接到第三施加电压。

优选地，所述并行应力施加HCI测试结构为通过所述开关矩阵将各器件的漏极共同连接到第四施加电压。

优选地，所述的关键参数的检测结果包括阈值电压和饱和电流。

优选地，所述开关矩阵由硬件编程语言实现。

优选地，所述的并行测试方法还包括：步骤S4：根据施压前和施压后关键参数的检测结果的变化判断器件的合格性。

优选地，所述步骤S1中的所述测试设置文件还包括关键参数的上下限设定值；所述步骤4具体包括：

步骤41：从数据库中提取各器件施压前和施压后关键参数的检测结果；

步骤42：判断各器件施压前和施压后的关键参数检测结果是否一致；若不一致，执行步骤S43，否者，判定所述器件为合格器件；

步骤43：判断所述各器件施压前和施压后的关键参数检测结果是否超出了所述关键参数的上下限设定值，若是，表示所测器件已经损坏，否者，判定所述器件为合格器件。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的晶圆级可靠性热载子的并行测试方法，能够在保证热载子失效物理机制相同的情况下大幅度缩短测试时间，使单位时间的产出成倍提升，并可以根据实际需要改变并行测试的器件数量，实现工作效率的飞跃；同时，避免了由于连线长短不同而形成寄生电阻，该寄生电阻往往会导致HCI实际被施加的HCI应力不一致性。

再加上，本发明的数据存储方式可读性更强，更容易被分析处理；从而通过每个器件被施压前、施压时和施压后的关键参数数据，即从关键参数的测试值(阈值电压、饱和电流)来判断是否正常，若关键参数的测试值超出了上下限设定值，表示所测器件已经损坏；并通过程序控制后续流程跳过该损坏器件，使整个测试过程更加流畅。

附图说明

图1为现有技术中热载子效应测试总流程示意图

图2为现有技术中热载子效应退化的应力施加及电性参数测试流程图

图3为现有技术中共漏极连接方式的HCI测试结构示意图

图4为现有技术中共栅极连接方式的HCI测试结构示意图

图5为本发明并行应力施加HCI测试结构示意图

图6为本发明实施例中利用开关矩阵共接实现并行应力施加的一段程序功能框图

图7为本发明圆级可靠性热载子的并行测试方法流程示意图

图8为本发明并行热载子应力施加及电性参数测试流程示意图

具体实施方式

体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。

以下结合附图5-8，通过具体实施例对本发明的晶圆级可靠性热载子的并行测试方法作进一步详细说明。

如前所述，在本发明的实施例中，其并行测试可靠性方式，是在不改变版图的连线方式下进行的，达到平行施加HCI应力在几个器件上的目的，有效的缩短测试周期，节约测试成本。

请参阅图5，图5为本发明并行应力施加HCI测试结构示意图。在本实施例中，通过利用开关矩阵对在晶圆上需测试器件信息文件中记录的多个器件建立并行应力施加HCI测试的。

实施例1

如图5所示，并行应力施加HCI测试结构可以通过开关矩阵将各器件的栅极共同连接到第一施加电压，将各器件的漏极共同连接到第二施加电压，将各器件的源极和衬底端共同连接到接地端。

实施例2

本发明的并行应力施加HCI测试结构也可以为通过开关矩阵将各器件的栅极共同连接到第三施加电压；即实现如图3所示的并行应力施加HCI测试结构，且不会产生任何寄生电阻。

实施例3

发明的并行应力施加HCI测试结构也可以通过所述开关矩阵将各器件的漏极共同连接到第四施加电压；即实现如图4所示的并行应力施加HCI测试结构，且不会产生任何寄生电阻。

需要说明的是，本发明采用的开关矩阵可以由硬件编程语言实现，请参阅图6，图6为本发明实施例中利用开关矩阵共接实现并行应力施加的一段程序功能框图。如图所示，如果选择为n个器件需要测试，那么开关矩阵可以通过硬件编程语言代码将电流电压连接到n个器件的DGSB(源、栅、漏、衬底)端。例如，可以以HP-Basic作为编程平台，利用Agilent 4072测试机台中开关矩阵(switch matrix)，调用PDQ-WLR程序中的一些标准测试子程序以实现给几个器件同时施加HCI应力条件。

下面对本发明晶圆级可靠性热载子的并行测试方法进行详细说明。为叙述方便起见，在本发明的实施例中，一次并行测试的器件个数为n个，例如，也可以是一个SLOT钟的n个器件。

请参阅图7和图8，图7为本发明圆级可靠性热载子的并行测试方法流程示意图，图8为本发明并行热载子应力施加及电性参数测试流程示意图。本发明提供一种晶圆级可靠性热载子的并行测试方法，可以包括如下步骤：

步骤S1：初始化测试设置文件；其中，测试设置文件包括在晶圆上需测试器件信息文件、参数施加命令文件和完成施加HCI应力条件的时间读点文件；参数施加命令文件包括被施压前、施压时和施压后的参数数据和参数施加命令。

具体地，在晶圆上需测试器件信息文件包括一个SLOT有多少个器件，每个SLOT的位置和测试顺序等。参数施加命令文件中被施压前、施压时和施压后的参数数据，主要记载测试条件和测试结果数据。上述数据均可以存储在数据库中。

步骤S2：利用开关矩阵对在晶圆上需测试器件信息文件中记录的多个器件建立并行应力施加HCI测试结构。

步骤S3：根据参数施加命令文件和完成施加HCI应力条件的时间读点文件，对在晶圆上需测试器件信息文件中记录的多个器件进行检测，并将关键参数的检测结果按施压前、施压时和施压后分类存储到数据库中。

也就是说，图7中的1～n器件的初始电性参数测试，是施压前的关键参数的检测，然后，进行1～n器件的热载流子加压步骤，以及，1～n器件的电性参数测试，得到施压后的关键参数的检测结果，并在数据库中储存下每个器件被施压前，施压时和施压后的关键参数的检测结果。

在测试过程中，如果某些器件在初始状态或应力施加后关键参数的检测结果显示异常，在关键参数检测结果的输出数据标识上，可以用不同的失效码分别加以区分。获得了施压前、施压时和施压后关键参数的检测结果后，就可以进行热载流子寿命的预测了。

为了确认所测器件的完好性，还可以增加一步判断，也就是说，从关键参数的测试值(阈值电压、饱和电流)来判断是否正常，若数值超出了上下限设定值，表示所测器件已经损坏，通过程序控制，后续流程会跳过该器件，这样使整个测试过程更加流畅。即本发明还可以包括步骤S4：根据施压前和施压后关键参数的检测结果的变化判断器件的合格性。

具体地，如果在步骤S1中的测试设置文件设定了关键参数的上下限设定值；那么，步骤4具体可以包括：

步骤41：从数据库中提取各器件施压前和施压后关键参数的检测结果；

步骤42：判断各器件施压前和施压后的关键参数检测结果是否一致；若不一致，执行步骤S43，否者，判定所测器件为合格器件；

步骤43：判断各器件施压前和施压后的关键参数检测结果是否超出了关键参数的上下限设定值，若是，表示所测器件已经损坏，否者，判定所述器件为合格器件。

可以理解的是，本发明的晶圆级热载子并行测试方法可以在Agilent 4072自动控制测试机台上完成，唯一不同的是，本发明还需以HP-Basic作为编程平台，利用Agilent 4072测试机台中开关矩阵switch matrix，调用PDQ-WLR程序中的一些标准测试子程序以实现给几个器件同时施加HCI应力条件。

在本发明的实施例中，如果以0.15μm工艺，采用本发明的晶圆级热载子并行测试方法进行检测，通过对相同应力条件下器件传统及并行HCI应力下的Idsat TTF(Time to Failure，失效时间)的比较和Idsat退化率斜率的比较，(实验中选择沟道长为0.15μm，沟道宽为10μm的N型MOS管，最大的施压时间是10000s，3种不同的施压条件，每一种条件3个样本为例)，可以发现，采用本发明方法达到的并行热载子测试结果与传统方式的结果是匹配的，从而确保了该并行测试方式具备了在维持高度准确性的前提下同时大大缩短了测试时间。

综上所述，本发明不用改变版图的器件连接方式，避免了由于连线长短不同造成的寄生电阻导致的HCI实际被施加的HCI应力不一致而造成误差；且数据存储方式可读性更强，更容易被分析处理。

以上的仅为本发明的实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。