晶圆级电迁移性能测试的改善方法

摘要

本发明公开了一种晶圆级电迁移性能测试的改善方法，以解决原先因机台测试程式不合理而造成的设备硬件损伤及晶片状态下器件的烧损。做法是：使用机台型号为“Agilent 4070”的测试系统，并使用量测探针两端分别相连于电流电压源及待测对象的端口，对其输入电流及负载端电压进行量测，得出在晶片状态下器件的电迁移性能，其特征在于：在所述机台的测试程式中增加限压设定及限流设定，使电流输入端的量测探针电压限定在电压量测端电流电压源的量测范围之内；并且增加一控制命令，用于在判断功率超过额定值时退出测试。应用本发明的改善方案，有效杜绝了量测探针针尖发生的熔融、烧焦、结铝现象，同时减轻了机台硬件损伤对晶片状器件所造成的损伤。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种能够有效避免测试设备检测时发生的硬件及晶圆损伤的改善方法。

背景技术

在晶圆工艺中，对晶片状态下的器件进行测试，获取其电迁移特性参数是进行后续制程必不可少的一个重要环节。而由于稳定性及准确率的突出优势，目前本行业内普遍选用安捷伦公司生产的型号为“Agilent 4070”的测试系统，来进行产品的晶圆参数测试。

然而，根据世界电气工业协会标准号为EIA JESD-61中所提供的EMiso测试方法却仅仅笼统地规定了测试流程以及参数设定范围。在实际测试过程中，理论上可行的参数设置下，测试设备常常会遭受损伤，导致量测探针烧损或探针卡烧损等，严重情况下也会使得晶片状态下的器件被烧损。对于高精密的晶片级器件来说，这将造成可观的报废品数量，非但造成了前功尽弃的巨额成本，而且报废品也对环境污染埋下了隐患。

发明内容

针对上述现有测试方法的缺陷，本发明的目的旨在提出一种晶圆级电迁移性能测试的改善方法，解决原先因机台测试程式不合理而造成的设备硬件损伤及晶片状态下器件的烧损。

本发明晶圆级电迁移性能测试的改善方法，将通过以下技术方案来实现：

使用机台型号为“Agilent 4070”的测试系统，并使用量测探针两端分别相连于电流电压源及待测对象的端口，对其输入电流及负载端电压进行量测，得出在晶片状态下器件的电迁移性能，其特征在于：在所述机台的测试程式中增加限压设定及限流设定，使电流输入端的量测探针电压限定在电压量测端电流电压源的量测范围之内；并且增加一控制命令，用于在判断功率超过额定值时退出测试。

进一步地，所述的量测端电流电压源的最大电压量测能力为100V。

更进一步地，对应所述量测探针的能力范围，则所述的限定电压至多为40V，限定电流至多为100mA。

应用本发明的改善方案，其有益效果为：

(一)、降低测试系统机台在检测时报错率；

(二)、减轻了机台探针卡等测试硬件的损伤，以及由此造成对晶片状器件的危害。

附图说明

图1是中等功率电流电压信号源压流特性的坐标示意图；

图2是高阻抗电流电压信号源压流特性的坐标示意图；

图3是高功率电流电压信号源压流特性的坐标示意图；

图4是量测探针卡针尖被熔损的外观示意图；

图5是图4中A部分的放大示意图；

图6是量测探针卡针尖正常情况下的外观示意图。

上述附图中各附图标记的含义为：

1    量测探针                    11  针尖

12a  常规状态下的针尖先端        12b 熔损状态下的针尖先端

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本发明一优选实施例，作详细说明如下：

具体来说，对于晶圆或者晶片状态下的器件进行电迁移稳定性的测试过程大致分为三个阶段：

首先是初始阻值量测阶段：室温下，小电流量测电阻，以判断该结构是否为预期要进行测试的结构；

然后是电流阶跃阶段：通过增大电流来对电阻进行加热，通过实际量测到的阻值以及电阻温度系数来推算某一电流下电阻所达到的温度。

最后则是恒定功率阶段：电阻达到预设的测试温度时，记录此时的功率与阻值。保持功率不变，计算后续量测到的阻值与刚刚进入此阶段时量测到的阻值的相对变化率，该阶段一直持续至电阻变化率达到或超过预设的，或达到最大测试时间。

该测试的具体结构为：高功率电流电压源作为电流输出端通过探针与测试结构的电流输入端相连，而其余各端则通过探针分别接地或者与其他电流电压源(MP/HR SMU)相连。经试验确认，该测试异常报错发生在四端法量测负载电压的量测步骤。而根据当时测试的设定(高功率电流电压信号源负责输入电流，而中等功率/高精度电流电压源则被用于电压量测)，推测出错原因为：当高功率电流电压源输出的电流较小时(小于50mA)时，如图3所示的能力范围坐标示意图可看出，对应的电压为200V。而如果负载电阻此时由于电流的作用产生突变呈断开状，则在无限压措施的情况下，高功率电流电压源的电压瞬间值将达到最大值200V，而用于量测该电压的其他电流电压源所检测到的电压极有可能会超出其测量能力范围(如图1、图2所示，最大量测电压为100V)，由此可显而易见，异常错误产生的根源及原因。

针对这样的分析结果，寻求改善的方法从硬件设备的替换上作为出发点显然可操作性较低，故而本发明的改善方法立足于机台设备，针对其测试程式提出相应的改进。即在该测试程式中增加限压设定及限流设定，使电流输入端的量测探针电压限定在电压量测端其他电流电压源的量测范围之内；并且增加一控制命令，用于在判断功率超过额定值时退出测试。

        Istress＝Istress+(Rfinu-Rstress)*.004/Rini

        IF ABS(Istress)＜＝.05THEN Vlimit＝200

        IF ABS(Istress)＞.05AND ABS(Istress)＜＝.125 THEN Vlimit＝100

        IF ABS(Istress)＞.125AND ABS(Istress)＜＝.35 THEN Vlimit＝40

改善前

        IF ABS(Istress)＞.35AND ABS(Istress)＜＝.7THEN Vlimit＝20

程式中  IF ABS(Istress)＞.7AND ABS(Istress)＜＝.1THEN Vlimit＝14

        Force_i(FNPort(0，3)，Istress，Istress，Vlimit)

的相关  WAIT.1

        Measure_v(FNPort(0，1)，V1，0)

语句

        IF V1＞Vlimit-.1THEN GOTO Em_end

        Measure_v(FNPort(0，2)，V2，0)

        Rstress＝(V1-V2)/Istress

        Power＝Istress^2*Rstress

改善后  Vlimit＝40

        Istress＝Istress+(Rfinu-Rstress)*.004/Rini

程式中  IF Istress＞.1THEN GOTO Em_f2

的相关  Power1＝Rstress*Istress^2

        IF Power1＞2.0 THEN GOTO Em_f3

语句  Force_i(FNPort(0，3)，Istress，Istress，Vlimit)

      WAIT.1

      Measure_v(FNPort(0，1)，V1，0)

      IF V1＞Vlimit-.1THEN GOTO Em_f4

      Measure_v(FNPort(0，2)，V2，0)

      Rstress＝(V1-V2)/Istress

      Power＝Power＝Istress^2*Rstress

改善的说明：由上述程式语句可见，对量测探卡的输出电压限制40V以下、限制电流设定为100mA，一旦测试电流超过限定值便当即退出该测试点的检测，由此确保电压量测端所测的电压值不会超过量测电流电压源的量测范围，从而有效降低了测试系统的报错率。此外，在机台的测试过程中，对于功率预测在2W时退出测试，又或者将电阻突变引起瞬时功率限制在4w以下；如此则对于各个有害于检测硬件设备的危害可能性逐一被改善，再也不会发生如图4和图5所示的那样，在探针1的针尖11发生熔融现象，尤其是针尖的先端所形成的变异形状、沾污12b，而将针尖沾污控制在正常合理的范围内(仅含可用CDA压缩干燥空气吹去的铝屑)。如图6所示的，即是应用本发明的改善方法后所摄取的量测探针卡的外观示意图，探针卡各针尖保持原有形状12a，并未再发生过熔损的现象。从而使得晶圆或者晶片状态的器件进一步得到了保护，大大提高了良品的产出，同时对于环保具有更非凡的意义。

以上是对本发明具体范例一详细描述，但对本案保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。