可靠性的测试方法及其测试设备

摘要

一种可靠性的测试方法，包括：提供待测元件，所述待测元件具有电极；提供测试设备，所述测试设备的电流电压单元的信号端通过至少一个电感器与待测元件的电极相连。相应地，本发明还提供一种可靠性的测试设备。本发明通过在测试设备的电流电压单元的信号端与待测元件的电极之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流突变时具有延时作用，通过延迟测试设备积蓄的高能量施加在待测元件的两极，使得电流电压单元有足够时间测出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及待测元件的电极烧毁。

权利要求

1.一种可靠性的测试方法，其特征在于，包括：提供待测元件，所述待测元件具有正、负电极，所述待测元件为电容器；

提供测试设备，包括：

电流电压单元，用于对待测元件施加电压和测试所述待测元件的电流；

一对探针，分别与所述待测元件的正、负电极对应接触；

电感器，连接于所述电流电压单元和探针之间，当待测元件被击穿瞬间产生电流突变时，用以延迟所述电流电压单元施加下一次电压于待测元件，防止测试设备烧毁；

测试设备向待测元件逐步施加电压，所述电流电压单元对应测量经过待测元件的电流值；

比较所述测量电流值与标准击穿电流值，若测量电流值大于标准击穿电流值，则停止施加下一次电压，测试终止。

2.根据权利要求1所述的可靠性的测试方法，其特征在于，所述电流电压单元通过开关实现对待侧元件施加电压和测试待测元件电流两种功能的切换。

3.根据权利要求1所述的可靠性的测试方法，其特征在于，所述电感器的电感值范围为0.5至2H。

4.一种用于权利要求1的可靠性的测试设备，包括：电流电压单元，用于对待测元件施加电压和测试待测元件的电流，所述待测元件为电容器；

一对探针，分别与所述待测元件的电极对应接触；

电感器，连接于所述电流电压单元和探针之间，当待测元件被击穿瞬间产生电流突变时，用以延迟所述电流电压单元施加下一次电压于待测元件，防止测试设备烧毁；

及控制单元，通过判断所述待测元件的电流值与标准击穿电流值大小，决定是否终止测试。

5.根据权利要求4所述的可靠性的测试设备，其特征在于，所述电感器的电感值范围为0.5至2H。

说明书

可靠性的测试方法及其测试设备

技术领域

[0001] 本发明涉及可靠性的测试方法及其测试设备。

背景技术

[0002] 通常，探针用于测试形成在半导体晶片上的半导体芯片的电子性能和电路功能。一般来说，该测试是在该半导体芯片仍然处于晶片形式的状态下进行的，并且探针置于该晶片上，使得探针与半导体芯片中的半导体器件的相应电极相接触，从而达成通过探针测试半导体芯片上的半导体器件的电学性能。

[0003] 现有技术公开了一种探针片、探针卡、半导体检查装置及半导体装置的制造方法。该探针卡具有：与以狭窄间距形成的检查对象物的电极进行电连接的第一接触端子、从该第一接触端子引出的布线、和与该布线电连接的第二接触端子，该第一接触端子是利用具有结晶性的构件的刻蚀孔穴形成的。但是上述现有技术未公开测试电容器、尤其是击穿电压较大的电容器的测试方法及测试设备。

[0004] 在专利号为03159863的中国专利中还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

[0005] 在进行可靠性测试时，对于介质层电性厚度较大的电容器(介质层的电性厚度范围为20至2000nm)，击穿电压较高，需要加较大的电压才能击穿(30至200V)，在电容器击穿的瞬间，由于大量能量积聚的探针与测试的电容电极接触的极小面积内，容易造成探针以及电极在很短时间内熔化，下面参照附图加以说明。

[0006] 首先参照附图1，给出在测试电容器后，由多个探针构成的探针卡的光学显微镜(OM)图片，可以看出，经过测试之后，探针卡上探针11和探针14的顶部针尖已经变成颗粒状。图2给出探针11顶部针尖的放大光学显微镜图片，可以看出，探针11顶部为银白色，从其形状变化可以推断出是由于探针11顶部针尖熔化形成。

[0007] 为了对比，图3给出了经可靠性测试后电容器两个电极正常的表面显微镜图片。可以看出，在电容器的两个电极表面具有压痕13，压痕13之外的电极表面干净完整。同时，图4给出对于介质层的电性厚度较大(介质层的电性厚度范围为20至2000nm)的电容器经过可靠性测试后的电极表面的光学显微镜图片。可以看出，整个电容器的电极14表面凹凸不平，结构极不均匀，已经被烧毁。由于探针头的烧毁，探针不能再加利用，因此需要更换探针，这在实际操作中增加了工艺的复杂程度以及成本。

[0008] 下面通过研究可靠性的测试设备来研究探针与电容器的电极被烧毁的原因。在测试前，首先将测试范围、保持时间、电压间隔值(step)以及标准电容器击穿电压值等参数在软件中设置好，测试时测试设备的电流电压单元(SMU)对测试回路施加电压，保持约0.5s；然后，电流电压单元(SMU)测量电容器两端的电流值，软件将量测获得电流值与标准电容器击穿电流值进行比较，若电流值小于标准电容器击穿电流值，则通过软件控制电流电压单元(SMU)继续以电压间隔值(step)速度增大电压，若电流值大于标准栅电容击穿电流值，程序会做出判断终止测试。由于电流电压单元(SMU)量测整个回路的电流值以及软件将量测获得电流值与标准电容击穿电流值进行比较过程需要一定时间，在电容器击穿瞬间，电流突变到很高的水平，这时电路出现瞬间短路状态，虽然此时电流值大于标准电容器击穿电流值，但是由于电流电压单元尚未反应出此时的电流值，不会马上终止测试，由于整个测试设备测试头相当于一个很大的电容器，此时积存在测试设备里的较大能量(上限是
14W)会施加在被测电容器两端，引起电容器的电极以及探针顶部针尖烧毁，实验证明大于
2W的能量就能将探针烧毁。

发明内容

[0009] 本发明解决的问题是现有技术中，当测试介质层的电性厚度较大(电性厚度范围为20至2000nm)的电容器时候，由于施加的电压较高，容易造成电容器的电极以及探针头熔化。

[0010] 为解决上述问题，本发明提供一种可靠性的测试方法，包括：提供待测元件，所述待测元件具有电极；提供测试设备，所述测试设备的电流电压单元的信号端通过至少一个电感器与探针相连；将测试设备的探针与待测元件的电极对应相接触进行可靠性测试。

[0011] 所述待测元件为电容器。

[0012] 所述电容器的介质层为氧化硅，电性厚度范围为20至2000nm。

[0013] 所述电感器的电感值范围为0.5至2H。

[0014] 相应地，本发明还提供一种可靠性的测试设备，包括：电流电压单元，用于向待测元件施加电压和测试待测元件两端电流；探针，与待测元件电极对应相接触，所述电流电压单元的信号端通过至少一个电感器与探针相连。

[0015] 所述电感器的电感值范围为0.5至2H。

[0016] 本发明还提供一种可靠性的测试方法，包括：提供待测元件，所述待测元件具有电极；提供测试设备；将测试设备的探针通过至少一个电感器与待测元件的电极对应相连进行可靠性测试。

[0017] 所述待测元件为电容器。

[0018] 所述电容器的介质层为氧化硅，电性厚度范围为20至2000nm。

[0019] 所述电感器的电感值范围为0.5至2H。

[0020] 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：通过在测试设备的电流电压单元的信号端与探针之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流突变时具有延时作用，通过延迟测试设备积蓄的高能量施加在待测元件的两个电极，使得电流电压单元有足够时间测试出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及待测元件的电极烧毁。

[0021] 上述技术方案通过在测试设备的探针与待测元件之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流突变时具有延时作用，通过延迟测试设备积蓄的高能量施加在待测元件的两个电极，使得电流电压单元有足够时间测试出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及待测元件的电极烧毁。

附图说明

[0022] 图1是现有技术的测试击穿电压较大的电容器之后探针卡表面的光学显微镜图片；

[0023] 图2是现有技术的测试击穿电压较大的电容器之后探针顶部针尖表面的光学显微镜图片；

[0024] 图3是现有技术的击穿电压较小的电容器经过可靠性测试之后其电极表面的光学显微镜图片；

[0025] 图4是现有技术的击穿电压较大的电容器经过可靠性测试之后其电极表面的光学显微镜图片；

[0026] 图5是本发明的一个实施例的测试结构示意图；

[0027] 图6是本发明的一个实施例的测试电路；

[0028] 图7是采用本发明一个实施例的测试回路串联650mH的电感器后的电压与时间关系；

[0029] 图8是采用本发明一个实施例的测试回路串联1H的电感器后的电压与时间关系；

[0030] 图9是采用本发明一个实施例的测试回路串联2H的电感器后的电压与时间关系。

具体实施方式

[0031] 本发明通过在测试设备的电流电压单元的信号端与待测电容器的电极之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流突变时具有延时作用，通过延迟测试设备积蓄的高能量施加在待测元件的两个电极，使得电流电压单元有足够时间测试出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及待测元件的电极烧毁。

[0032] 本发明首先提供一种可靠性的测试方法，包括：提供待测元件，所述待测元件具有电极；提供测试设备，所述测试设备的电流电压单元的信号端通过至少一个电感器与探针相连；将测试设备的探针与待测元件的电极对应相接触进行可靠性测试。

[0033] 下面参照附图分别加以说明。首先参考附图5，给出一个电容器的可靠性的测试结构示意图的实施例，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100上形成有电容器(未示出)，所述电容器具有两个电极，分别接正、负电极；测试设备的两个探针101a、101b，所述测试设备的探针101a、101b与电容器的电极对应相接触进行可靠性测试；电感器103a、103b，其两端通过导线102分别与探针101a、101b和测试设备的电流电压单元的信号端(未示出)相连，本实施例中电感器103a、103b在节点C通过导线102与测试设备的电流电压单元的信号端。

[0034] 所述电容器的击穿电压与电容器的介质层材料以及物理厚度有关，在实际工艺中，通常统一为“电性厚度”，所述“电性厚度”指电容器的介质层的物理厚度除以其相对介电常数。本实施例中电容器的击穿电压范围为30至200V，作为本发明的一个实施方式，所述介质层为氧化硅，电性厚度范围为20至2000nm。

[0035] 本实施例所述的可靠性测试通过测试电容器的击穿电压评估电容器的介质层的绝缘性、完整性等性能。

[0036] 本实施例的测试设备主要包括以下几个部分：

[0037] 电流电压单元，用于测试电容器的电流以及通过探针101a和101b对电容器施加电压。由探针101a、电容器(未示出)、探针101b、以及电流电压单元内部器件串联构成测试回路，所述电流电压单元的测试电容器的电流以及向电容器施加电压两种功能通过内部开关进行切换；

[0038] 控制单元，用于控制电压源向探针上施加电压的方式和大小以及控制电流电压单元的测试电容器的电流以及向电容器施加电压两种功能的切换。当测试的电流值超出设置的标准电容器击穿电流值时候，控制单元切断上述测试回路的电压源，以中止测试；

[0039] 保护装置，用于在设置电压范围超出电流电压单元的量程时切断上述测试回路的电压，保护整个装置。

[0040] 所述电感器103为螺旋电感器，电感值的不同，对电路的延迟时间不同，电感值的选取需要根据测试设备的灵敏度即测试设备的反应速度来定，如果测试设备的灵敏度较低，则测试电流时间较长以及将量测的电流值与标准电容器击穿电流值进行比较的时间较长，需要延迟较长时间。为了防止由于测试设备反应速度较慢造成探针以及电容器的电极的烧毁，可以选取电感值较大的电感器。本实施例中，所述电感值的范围为0.5H至2.0H。

[0041] 作为本实施例的一个实施方式，所述电感器的电感值可以分别为0.5H、0.8H、1.1H、1.3H、1.5H、1.8H、2.0H。

[0042] 下面给出采用上述测试设备测试电容器可靠性的具体步骤：首先，在控制程序中，将测试范围、保持时间、电压间隔值(step)以及标准电容击穿电流值等参数在软件中设置好之后，测试设备的电流电压单元向电容器施加一起始电压(一般为电压间隔值)，保持约0.5s，同时，电流电压单元测量测试回路的经过电容器的电流值，软件将测量获得电流值与标准电容器击穿电流值进行比较，若测试回路的电流值小于标准电容器击穿电流值，则软件通过控制单元控制电流电压单元的以电压间隔值(step)速度增大电压。依此类推，电流电压单元逐步增加施加在电容器两个电极的电压。

[0043] 当电压增大到电容器击穿时候，由于电流电压单元量测整个测试回路的电流值以及软件的将量测获得电流值与标准电容器击穿电流值进行比较过程需要一定时间，本发明通过在测试回路中增加电感器，延迟电流电压单元施加下次的电压，使测试设备及时退出，所述延迟时间在电流电压单元保持固定电压时间与电流电压单元测试回路电流以及程序判断时间之和之间。在电容器击穿瞬间，电流较大，控制单元及时通过控制电压源停止施加电压，防止了电容器的电极以及探针顶部针尖烧毁。

[0044] 本实施例中，与探针101a、101b串联的电感器103a与103b电感值相同；实际操作中电感器103a与103b电感值也可以不同；也可以在探针101a上串联电感器，而在探针101b上不串联电感器；同时，串联的电感器103a和/或103b可以为一个，也可以为多个，在此不应限制本发明的保护范围。

[0045] 相应地，本发明还提供一种可靠性的测试设备，包括：电流电压单元，用于向待测元件施加电压和测试待测元件两端电流；探针，与待测元件电极对应相接触，所述电流电压单元的信号端通过至少一个电感器与探针相连。

[0046] 所述电感器的电感值范围为0.5H至2H。

[0047] 上述技术方案通过在测试设备的电流电压单元的信号端与探针之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流突变时具有延时作用，在电容器击穿瞬间，通过延迟测试设备积蓄的高能量马上施加在被测栅电容两个电极，使得电流电压单元量有足够时间测试出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及电容器的电极由于过大能量的积聚而烧毁。

[0048] 上述实施例以测试电容器的可靠性为例加以说明，也适用于其它元件，比如对电阻器、变容器、或者对MOS晶体管的栅介质层完整性进行的可靠性测试。在此不应过多限制本发明的保护范围。

[0049] 本发明还提供一种可靠性的测试方法，包括：提供待测元件，所述待测元件具有电极；提供测试设备；将测试设备的探针通过至少一个电感器与待测元件的电极对应相连进行可靠性测试。

[0050] 下面以测试电容器的可靠性为例加以说明。本实施例中，将现有的测试设备不做改动，但是将制作在半导体衬底的上电容器两个电极分别与至少一个电感器相串联，同样可以达到延迟施加在电容器上的电压，防止烧毁探针和电容器的电极的技术效果。所述电感器的电感值范围为5H至30H。所述电容器的介质层的电性厚度范围为20nm至2000nm。所述电容器的击穿电压范围为30V至200V。

[0051] 本实施例中，与电容器的两个电极相联的电感器的电感值可以相同，也可以不同，也可以在电容器的一个电极上串联电感器，电容器的另一电极不串联电感器；同时，串联的电感器可以为一个，也可以为多个，在此不应限制本发明的保护范围。

[0052] 上述技术方案通过在探针与待测电容器的电极之间串联至少一个电感器，由于电感器在电流变化时具有延时作用，通过延迟测试设备积蓄的高能量马上施加在被测电容器两级，在电容器击穿瞬间，使得电流电压单元有足够时间测出击穿电流值，并且通过程序做出判断，及时退出测试，从而防止探针以及电容器的电极由于过大能量的积聚而烧毁。

[0053] 上述技术方案以测试电容器的可靠性为例加以说明，也适用于其它元件，比如对电阻器、变容器、或者对MOS晶体管的栅介质层完整性进行的可靠性测试。在此不应过多限制本发明的保护范围。

[0054] 图6给出采用上述技术方案的测试电路，包括：待测试的电容器C1，电容C1的一端接地；电阻R1和R2，分别串联在电容器C1的两端，为探针、导线以及电感器L1和L2的等效电阻，这个值比较小；电感器L1和电感器L2，分别串联在电阻R1和R2与电流电压单元之间的节点C处；连接于节点C之间的电流表A，为测试设备的电流电压单元的一个部分，用于测试整个测试回路的电流，同时，在节点C之间施加有一电压(未示出)。

[0055] 图7至图9给出采用上述电路不同电感值下，经过电感器L1后B点电压与时间的关系。首先，参照附图7，电感器的电感值为650mH，节点C两端的电势差为55V，由图7可以看出，经过电感器后的B点电压经过5ms尚未达到50V，即施加在电容器C1上的电压小于50V，表明在测试回路中加入电感器后，可以延迟施加在电容器上的电压。

[0056] 图8中电感器的电感器电感值为1H，节点A两端的电势差为55V，由图8可以看出，经过电感器后的B点电压经过5ms尚未达到45V，即施加在电容器C1上的电压小于45V，表明在测试回路中加入电感器后，可以延迟施加在电容器上的电压。

[0057] 图9中电感器的电感值为2H，节点A两端的电势差为55V，由图9可以看出，经过电感器后的B点电压经过5ms尚未达到35V，即施加在电容器C1上的电压小于35V，表明在测试回路中加入电感器后，可以延迟施加在电容器上的电压。

[0058] 虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。