專利名稱：用于半導(dǎo)體設(shè)備測(cè)試的雙通道電源測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性涉及半導(dǎo)體設(shè)備測(cè)試，更具體地說本發(fā)明涉及用于測(cè)試半導(dǎo)體設(shè)備可靠性的雙通道電源測(cè)量裝置(SMU)。
背景技術(shù)：
用于半導(dǎo)體可靠性測(cè)試的SMU向要測(cè)試的設(shè)備(DUT，device undertest)提供了電壓應(yīng)力刺激并監(jiān)控由應(yīng)力刺激對(duì)DUT造成的退化。圖1是SMU的結(jié)構(gòu)圖，它包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)10、增益或放大裝置12、以及用于測(cè)量通過開關(guān)17進(jìn)出DUT16的電流的電阻器網(wǎng)絡(luò)或RNET14。電壓電源DAC10和增益裝置12向DUT16提供應(yīng)力刺激，而RNET14提供監(jiān)控能力。
半導(dǎo)體可靠性測(cè)試通常需要在不止一個(gè)DUT上執(zhí)行應(yīng)力和監(jiān)控過程的能力。這是必需的，因?yàn)橛?jì)算可靠性信息需要利用能夠推導(dǎo)出有效結(jié)論的足夠大的樣本大小來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)測(cè)試大量DUT的最有用的方法是擁有多輸出SMU。例如，可以用有n個(gè)輸出的單個(gè)SMU代替n個(gè)單輸出的SMU，從而降低所需設(shè)備和成本?？梢杂靡粋€(gè)多輸出SMU代替多個(gè)單輸出SMU，因?yàn)榭梢栽贒UT之間共享SMU上的一些所需資源。圖2中示出了滿足多輸出要求的一個(gè)SMU，它包括DAC10、增益裝置12和多個(gè)緩沖器18以及將緩沖器18連接到DUT16并將RNET14連接到各個(gè)緩沖器和DUT的撥動(dòng)開關(guān)20、22。
在這個(gè)單通道多輸出SMU配置中，可編程電壓電源的輸出與緩沖電源相連，緩沖電源“跟隨”該輸出并將所需電壓提供給各個(gè)DUT。RNET用來測(cè)量電流并且可以與緩沖電源的任何一個(gè)相連，以在相連的DUT上進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)配置能夠在DUT間共享可編程電壓電源和RNET等資源。
盡管單通道多輸出SMU配置能用單個(gè)SMU測(cè)量多個(gè)DUT，但它的限制也給特定類型的測(cè)試帶來了障礙。主要限制之一是需要所有相連的DUT都施加相同的電壓電位。這個(gè)限制是由于只有單個(gè)可編程電壓電源引起的，所有緩沖電源都跟隨它。實(shí)際上，這意味著與SMU相連的所有DUT必須同時(shí)在它們的應(yīng)力或監(jiān)控階段。因此將花費(fèi)單DUT測(cè)量時(shí)間的n倍，其中n是要測(cè)試的DUT的數(shù)量。另一限制是可用于每個(gè)DUT的輸出功率受限于緩沖電源的輸出功率。實(shí)際上，這意味著測(cè)試的應(yīng)力和監(jiān)控階段受限于相同的功率條件。最后，為了進(jìn)行低電流測(cè)量(＜1nA)，這個(gè)SMU配置需要使用低電流泄漏緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)電流泄漏不是所考慮的因素將不存在該限制。
本發(fā)明克服了這些限制。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的雙通道電源測(cè)量裝置(SMU)將SMU的應(yīng)力和監(jiān)控部分去耦，從而優(yōu)化了對(duì)它們各自的要求。因而，SMU現(xiàn)在能夠?qū)⒉煌碾妷禾峁┙o一個(gè)DUT而其它DUT位于另一電壓條件。當(dāng)測(cè)試中必須將應(yīng)力和監(jiān)控階段之間的時(shí)間保持在最短時(shí)需要這一點(diǎn)。
結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)說明以及所附權(quán)利要求將會(huì)更容易明了本發(fā)明及其目標(biāo)和特性。


圖1是依照當(dāng)前技術(shù)的單輸出SMU的功能結(jié)構(gòu)圖。
圖2是依照當(dāng)前技術(shù)的單通道多輸出SMU的功能結(jié)構(gòu)圖。
圖3是依照本發(fā)明的實(shí)施例的雙通道多輸出SMU的功能結(jié)構(gòu)圖。
圖4是用在圖3的SMU中的限變器定時(shí)開關(guān)電路的示意圖。
圖5是圖4的限變器定時(shí)開關(guān)電路被修改以便箝位電流的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，電源測(cè)量裝置有兩個(gè)可編程電壓電源，稱為應(yīng)力電源和監(jiān)控電源。盡管應(yīng)力電源除了輸出設(shè)定電壓外沒有任何其它功能，但監(jiān)控電壓和它的相連電路提供了若干其它功能，包括在測(cè)量電源上的輸出電壓的同時(shí)測(cè)量通過電源的電流，以及限制電壓或電流為編程的一致水平的功能。除了應(yīng)力和監(jiān)控電源，SMU有若干個(gè)電壓跟隨緩沖器，每個(gè)都可以與要測(cè)試的設(shè)備(DUT)相連。這些緩沖器被配置以使它們跟隨應(yīng)力電源的輸出，并且它們的輸出被開關(guān)以使監(jiān)控電源與DUT相連。
圖3是依照本發(fā)明的一種實(shí)施例的雙通道SMU的功能結(jié)構(gòu)圖，它將SMU的應(yīng)力部分和監(jiān)控部分去耦以優(yōu)化對(duì)各自的要求。監(jiān)控電源包括DAC10和增益放大器12，它們與RNET14串聯(lián)，還可通過切換開關(guān)24與其中一個(gè)DUT16串聯(lián)。應(yīng)力電源包括DAC10′和增益放大器12′，它們與緩沖器18串聯(lián)，并通過切換開關(guān)24與一個(gè)或多個(gè)DUT16串聯(lián)。
雙通道多輸出SMU中的主要變化是加入了第二個(gè)可編程電壓電源并且將RNET從緩沖源移到了稱為“監(jiān)控”電源的其中一個(gè)可編程電壓電源。另一可編程電壓電源與電壓跟隨器或緩沖器相連，稱為“應(yīng)力”電源。
任何時(shí)候，DUT都可以與監(jiān)控電源或應(yīng)力電源相連。這在保持高容量測(cè)試的同時(shí)還能夠在DUT上進(jìn)行更靈活的測(cè)試。例如，普通測(cè)試可能需要在多個(gè)DUT上加壓一個(gè)設(shè)定的時(shí)間間隔(應(yīng)力階段)，然后在這些相同DUT上進(jìn)行一組測(cè)量(監(jiān)控階段)以便滿足這些要求，可以配置雙通道多輸出SMU使得所有DUT在應(yīng)力階段都與應(yīng)力電源相連。然后，在監(jiān)控階段，監(jiān)控電源順序與每個(gè)DUT相連并且對(duì)每個(gè)DUT進(jìn)行必要的測(cè)量，同時(shí)其它相連的DUT保持在它們的受壓狀態(tài)。采用這種配置，每個(gè)DUT的監(jiān)控階段所需的時(shí)間被限制在測(cè)量單個(gè)DUT所用的時(shí)間，而采用單通道多輸出SMU，將占用單個(gè)DUT測(cè)量時(shí)間的n倍，其中n是要測(cè)試的DUT的數(shù)量。在只要將DUT的應(yīng)力刺激去除就發(fā)生不期望的松弛效應(yīng)或回復(fù)效應(yīng)的地方，監(jiān)控階段時(shí)間的最小化在測(cè)試DUT中非常重要。
將監(jiān)控電路和應(yīng)力電路去耦還提供了調(diào)整電源以擁有不同輸出功率限制的能力。這個(gè)特征最實(shí)際的應(yīng)用是監(jiān)控功率要求顯著大于應(yīng)力功率要求的測(cè)試。因?yàn)殡娫吹墓β侍幚硗ǔＶ苯诱扔谒乃栉锢砜臻g，因而提供單個(gè)的大功率監(jiān)控電源比增加所有電源的功率要簡(jiǎn)單得多，如果在單通道多輸出SMU中需要相同的監(jiān)控功率功能會(huì)需要增加所有電源的功率。
另外，將應(yīng)力電路和監(jiān)控電路分開消除了對(duì)低泄漏緩沖器的需要，因?yàn)樵谑褂镁彌_器的地方，在進(jìn)行電流測(cè)量時(shí)應(yīng)力電源沒有連通，因此對(duì)最小電流測(cè)量門限沒有影響。因?yàn)椴皇苓@個(gè)要求限制，可以優(yōu)化其它特征。此外，可以使用低電壓偏移緩沖器，它能夠大大增加應(yīng)力電源輸出的電壓精確度。另外，可以為緩沖器使用更普通的部件以減輕成本和可用性問題。
為了有助于應(yīng)力電壓電平和監(jiān)控電源上緩沖電壓電源之間的徹底轉(zhuǎn)換，可以在監(jiān)控電源和切換開關(guān)24之間以及應(yīng)力電源和切換開關(guān)24之間放置限變器電路。限變器電路充當(dāng)以特定速率連接或斷開的定時(shí)開關(guān)，以便電源能夠?qū)﹂_關(guān)做出反應(yīng)而不會(huì)產(chǎn)生假信號(hào)。
圖4和圖5是可以用于本發(fā)明的雙通道SMU的限變器定時(shí)開關(guān)電路的示意圖。在圖4中，監(jiān)控或應(yīng)力電壓電源與輸入30相連，切換開關(guān)與輸出32相連，由此將限變器串聯(lián)在電壓電源和切換開關(guān)之間。34上的數(shù)字信號(hào)啟動(dòng)或停用限變器電路，如果數(shù)字信號(hào)為高電平，電流將流經(jīng)光電隔離器(PVI)36，光電隔離器36在它的輸出上產(chǎn)生了隔離的電壓電勢(shì)。這個(gè)電壓電勢(shì)將兩個(gè)MOSFET晶體管38和40加偏壓至導(dǎo)通以讓電流以任一方向流經(jīng)這兩個(gè)晶體管。開關(guān)定時(shí)由與晶體管的門極和漏極并聯(lián)的電阻器42和電容器44決定。當(dāng)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)到低電平時(shí)，PVI36將不再提供偏壓，電容器44中儲(chǔ)存的電荷將耗散到電阻器42中，導(dǎo)致晶體管以電阻器和電容器的值確定的速率關(guān)閉。一旦電容器完全放電，所述晶體管將被關(guān)閉，電流將不再流過它們。
圖5是圖4的限變器電路的改進(jìn)版，它包括了當(dāng)該限變器電路被啟動(dòng)時(shí)將電流箝位在指定水平的能力。圖4和圖5中的相同部件有相同的引用數(shù)字。這里，兩個(gè)電阻器46和48被串聯(lián)在兩個(gè)晶體管的源極之間，PVI36的負(fù)端與兩個(gè)電阻器的公共結(jié)點(diǎn)相連。假定數(shù)字信號(hào)為高電平(即限變器被啟動(dòng))，當(dāng)電流流經(jīng)晶體管時(shí)兩個(gè)電阻器將產(chǎn)生跨越它們的電壓。隨著這個(gè)電壓的增長(zhǎng)，它將根據(jù)電流的方向降低其中一個(gè)晶體管的偏壓。最終，當(dāng)達(dá)到一個(gè)特定門限時(shí)，晶體管將限制電流的流動(dòng)并且箝位發(fā)生。該門限由電阻器46和48的值決定。為了在發(fā)生過流情況時(shí)保護(hù)電路的其它部分電流箝位是必需的。
依照本發(fā)明的雙通道電源測(cè)量裝置通過將SMU的應(yīng)力部分和監(jiān)控部分去耦以優(yōu)化對(duì)它們各自的要求而實(shí)現(xiàn)了相對(duì)單通道裝置的若干優(yōu)勢(shì)。
盡管已經(jīng)參考具體的實(shí)施例說明了本發(fā)明，但該說明是對(duì)本發(fā)明的示范而不應(yīng)被看作是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前提下可以進(jìn)行各種改進(jìn)和應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)試多個(gè)電子設(shè)備的雙通道電源測(cè)量裝置，包括監(jiān)控電源裝置，用于提供可編程監(jiān)控電壓，應(yīng)力電源裝置，用于提供可編程應(yīng)力電壓，多個(gè)多關(guān)，用于有選擇性地將多個(gè)要測(cè)試的電子設(shè)備并行切換到應(yīng)力電源裝置，并依次將一個(gè)要測(cè)試的設(shè)備切換到監(jiān)控電源裝置，由此能夠?qū)Χ鄠€(gè)要測(cè)試的設(shè)備施壓同時(shí)在另一要測(cè)試的設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試測(cè)量。
2.權(quán)利要求1所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中該監(jiān)控電源裝置包括用于測(cè)量當(dāng)與要測(cè)試的一個(gè)電子設(shè)備相連時(shí)通過監(jiān)控電源裝置的電流的裝置。
3.權(quán)利要求2所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中用于測(cè)量的裝置包括一個(gè)電阻器網(wǎng)絡(luò)。
4.權(quán)利要求2所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述應(yīng)力電源包括多個(gè)緩沖器與所述多個(gè)開關(guān)相連。
5.權(quán)利要求4所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述多個(gè)開關(guān)包括用于將要測(cè)試的設(shè)備在監(jiān)控電源裝置和應(yīng)力電源裝置之間切換的切換開關(guān)。
6.權(quán)利要求4所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述多個(gè)開關(guān)包括多個(gè)切換開關(guān)和多個(gè)限變器開關(guān)，每個(gè)限變器與一個(gè)切換開關(guān)串聯(lián)并且能夠在一個(gè)固定的時(shí)間段內(nèi)被啟動(dòng)。
7.權(quán)利要求6所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中每個(gè)限變器開關(guān)包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管和用于打開該晶體管的導(dǎo)通偏壓電路。
8.權(quán)利要求7所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路包括用于實(shí)現(xiàn)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間段的電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)。
9.權(quán)利要求7所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路由通過光電隔離器向該導(dǎo)通偏壓電路施加的數(shù)字信號(hào)控制。
10.權(quán)利要求8所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路包括與所述兩個(gè)晶體管串聯(lián)的兩個(gè)電阻器，兩個(gè)電阻器的公共端上的電壓與該電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)相耦合以限制其中一個(gè)晶體管的偏壓并箝位通過這兩個(gè)晶體管的電流。
11.權(quán)利要求1所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述多個(gè)開關(guān)包括多個(gè)定時(shí)開關(guān)，由此能夠在固定的時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通要測(cè)試的設(shè)備。
12.權(quán)利要求11所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述多個(gè)開關(guān)包括多個(gè)限變器開關(guān)，由此每個(gè)限變器與一個(gè)要測(cè)試的設(shè)備耦合并且能夠在固定的時(shí)間段被啟動(dòng)。
13.權(quán)利要求12所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中每個(gè)限變器開關(guān)包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管以及打開這兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通偏壓電路。
14.權(quán)利要求13所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路包括用于實(shí)現(xiàn)該晶體管的導(dǎo)通時(shí)間段的電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)。
15.權(quán)利要求13所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路由通過光電隔離器施加到該導(dǎo)通偏壓電路的數(shù)字信號(hào)控制。
16.權(quán)利要求14所定義的雙通道電源測(cè)試裝置，其中所述導(dǎo)通偏壓電路包括與所述兩個(gè)晶體管串聯(lián)的兩個(gè)電阻器，兩個(gè)電阻器的公共端上的電壓與該電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)相耦合以限制其中一個(gè)晶體管的偏壓并箝位通過這兩個(gè)晶體管的電流。
全文摘要
用于電子設(shè)備可靠性測(cè)試的一種雙通道電源測(cè)量裝置向要測(cè)試的設(shè)備提供了電壓應(yīng)力刺激并監(jiān)控由應(yīng)力模擬裝置引起的該設(shè)備的退化。該雙通道電源測(cè)量裝置將該裝置的應(yīng)力部分和監(jiān)控部分去耦以優(yōu)化對(duì)它們各自的要求?？梢栽谠撾p通道電源測(cè)量裝置中引入限變器和電流箝位開關(guān)以避免開關(guān)電路中的假信號(hào)并限制或箝位進(jìn)出監(jiān)控電源和應(yīng)力電源的電流。
文檔編號(hào)G01R31/00GK1973206SQ200580014088
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者T·賴奇曼, P·P·庫(kù)伊瓦斯, J·博奇維克, M·A·卡索洛 申請(qǐng)人:夸利陶公司