mosfet测试基本知识

NFMEConfidentialMOSFET测试基本知识NFMEConfidential课程内容和学习要求•学习目标：–最大限度地了解与集成电路测试相关的概念（广度）–常见POWER测试方法（深度）1、测试设备的应用2、测试项目NFMEConfidential3MOSFET简介第一章：MOSFET简介1.1MOSFET定义与特点1.2MOSFET结构1.3MOSFET工作原理NFMEConfidential4MOSFET简介1.1MOSFET定义与特点MOSFET=Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor即金属-氧化层-半导体-场效晶体管.MOSFET是一种可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效晶体管（field-effecttransistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOSFET、PMOSFET等。特點：1.单极性器件(一种载流子导电)2.输入电阻高(1071015，IGFET(绝缘栅型)可高达1015)3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低NFMEConfidential5MOSFET简介1.2MOSFET结构以NMOSFET为例：GP型衬底(掺杂浓度低)N+N+SDB耗尽层在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏—源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。它的栅极与其它电极间是绝缘的符號如右SGDBNFMEConfidential61.3MOSFET工作原理NMOS工作原理;A.当UGS=0，DS间为两个背对背的PN结；B.当0UGSUGS(th)(开启电压)时，GB间的垂直电场吸引P区中电子形成离子区(耗尽层)；C.当uGSUGS(th)时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。uGS越大沟道越厚。1)uGS对导电沟道的影响(uDS=0),如左圖1.预夹断(UGD=UGS(th))：漏极附近反型层消失。.2.预夹断发生之前：uDSiD。3.预夹断发生之后：uDSiD不变。2)uDS对iD的影响(uGSUGS(th))反型层(沟道)DS间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。MOSFET的直流参数及测试目的NFMEConfidential7MOSFET的直流参数及测试目的第二章：MOSFET的直流参数及测试目的2.1直流参数及测试2.2LV（雪崩）测试2.3DV（热阻）测试2.4RG（栅极电阻）测试NFMEConfidential82.1直流参数及测试我们公司在测试MOSFET直流参数的时候，用的都是JUNO.电压可扩展最大到3000伏（V），电流最大到200安（A）。标准测试主机、可测如下器件：二极管、纳二极管、晶体管、MOS—FET、接合型FET。增加选件，可测器件为：可控硅、三端双向可控硅、三端双向可控硅开关件、三端稳压器，D—GATE、FET、霍尔器件等。测试系统由测试主机DTS-1000、测试接口盒HDXXXX及控制用电脑PC构成。MOSFET的直流参数及测试目的NFMEConfidential92.1直流参数及测试测试系统由测试主机DTS-1000、测试接口盒HDXXXX及控制用电脑PC构成。MOSFET的直流参数及测试目的NFMEConfidential102.1直流参数及测试常见的测试项目：1.IGSS:Gate-to-SourceForwardLeakageCurrent2.IDSS：Drain-to-SourceForwardLeakageCurrent3.BVDSS：Drain-to-SourceBreakdownVoltage4.VTH：GateThresholdVoltage5.RDSON：StaticDrain-to-SourceOn-Resistance6.VFSD：DiodeForwardVoltageMOSFET的直流参数及测试目的NFMEConfidential11MOSFET的直流参数及测试目的1.测试项目(IGSS)，测试线路如右：测试方法：D,S短接，GS端给电压，量测IGSIGSS：此为在闸极周围所介入的氧化膜的泄极电流，此值愈小愈好，当所加入的电压，超过氧化膜的耐压能力时，往往会使组件遭受破坏。测试目的：①.检测Gate氧化层是否存在异常②.检测因ESD导致的damage③.检测Bonding后有无Short情形NFMEConfidential12MOSFET的直流参数及测试目的2.测试项目(IDSS)，测试线路如右：：测试方法：G,S短接，DS端给电压，量测IDSIDSS：即所谓的泄漏电流，通常很小，但是有时为了确保耐压，在芯片周围的设计，多少会有泄漏电流成分存在，此最大可能达到标准值10倍以上。该特性与温度成正比测试目的：①.检测DS间是否有暗裂②.建议放在BVDSS后测试NFMEConfidential13MOSFET的直流参数及测试目的3.測試項目(BVDSS)，測試線路如右：：测试方法：G,S短接，DS端給電流，量測VDS=VD-VSBVDSS：此為Drain端–Source端所能承受電壓值,主要受制內藏逆向二極體的耐壓,其測試條件為VGS=0V,ID=250uA.該特性與溫度成正比测试目的：①.檢測產品是否擊穿②.可用來檢測產品混料NFMEConfidential14MOSFET的直流参数及测试目的4.测试项目(VTH)，测试线路如右：测试方法：G,S短接，DS端给电流，量测VDS=VD-VSVTH：使MOS开始导通的输入电压称THRESHOLDVOLTAGE。由于电压在VGS(TH)以下，POWERMOS处于截止状态，因此，VGS(TH)也可以看成耐噪声能力的一项参数。VGS(TH)愈高，代表耐噪声能力愈强，但是，如此要使组件完全导通，所需要的电压也会增大，必须做适当的调整，一般约为2~4V，与BJT导通电压VBE=0.6V比较，其耐噪声能力相当良好。该特性与温度成反比NFMEConfidential15MOSFET的直流参数及测试目的4.测试项目(VTH)，测试线路如右：测试目的：①.检测产品是否击穿②.可用来检测产品混料NFMEConfidential16MOSFET的直流参数及测试目的5.测试项目(Rdson)，测试线路如右：RDSON：导通电阻值,低压POWERMOSFET最受瞩目之参数RDS(on)=RSOURCE+RCHANNEL+RACCUMULATION+RJFET+RDRIFT(EPI)+RSUBSTRATE低压POWERMOSFET导通电阻是由不同区域的电阻所组成，大部分存在于RCHANNEL，RJFET及REPI，在高压MOS则集中于REPI。为了降低导通电阻值，Mosfet芯片技术上朝高集积度迈进，在制程演进上，TRENCHDMOS以其较高的集积密度，逐渐取代PLANARDMOS成为MOSFET制程技术主流。该特性与温度成正比.NFMEConfidential17MOSFET的直流参数及测试目的5.测试项目(Rdson)，测试线路如右：测试方法：GS给电压，DS端给电流ID，量测VDS用VDS/ID得到Rdson1.分立器件测试机均是由此公式换算得出2.KDK-2002/2003在写测试条件时，Range部分请选择10,其PNP极性VGS需写成负值测试目的：在产品出现Balloff异常时，可用来加严测试，筛选出异常品NFMEConfidential18MOSFET的直流参数及测试目的6.测试项目(VFSD)，测试线路如右：测试方法：依照客户要求决定测试方法：1.一个是VGS=0V，量测DS间二极管的压降2.一个是G脚Open，量测DS间二极管的压降VFSD：此为内嵌二极管的正向导通压降，VFSD=VS-VD测试目的：①.检测晶圆制程中的异常，如背材脱落②.检测W/B过程中有无Sourcewire球脱现象NFMEConfidential2.2LV（雪崩）测试及设备19NFMEConfidential目的通过UIS测试，施加雪崩能量，筛选出电性能弱的产品LV（雪崩）测试设备我们公司目前有ITC&宏邦LVNFMEConfidentialLV（雪崩）测试原理LVtest（雪崩测试）也可称为:UIS、EAS、UIL、IAS测试原理测试顺序:Kelvin→Pre-Leakage（测前失效）→PeakI（峰值电流）→Avalanche（雪崩测试）→PostLeakage（测后失效）主体测试原理:1）先给器件施加VGS电压,使得器件开启，Drain（漏极）andSource（源极）端出现导电沟道2）施加VDD电压，形成通路，给电感充电，当器件充电到PeakI设定值时。切断VGS，器件截止3）器件关闭后，Drain（漏极）andSource（源极）端处于截止状态。电感积蓄的能量开始放电，反冲击DrainandSource端，再看器件能否耐得住，及为雪崩测试能量公式：E=1/2*L*I²ChannelDrainVGateV(V)PeakI(A)RatedVds(V)InductorN502010.461214mHLVNFMEConfidential宏邦LV设备介绍LV（雪崩）测试NFMEConfidentialLV（雪崩）测试程序编辑如下：NFMEConfidential测试顺序LV（UIS）→DV→RG→FT→QAsample芯片裂纹关联LV（UIS）测试在首站，涵盖了器件所有功能脚测试无论芯片裂开在Drain、Gate、Source区，在LV测试站都能检测出；具体看芯片裂开程度，如果微裂（藕断丝连），测试所有站可能都无法检测出；完全裂开的，每站都能挑出；具体体现在O/S，包括LV站Pre-Leakage测试ST产品目前管控方法：收紧LV（UIS）测试良率控制线≦0.5%分析方法：FADiecrack分析NFMEConfidential2.3DV测试NFMEConfidentialDV测试（热阻测试）目的DV测试热阻高于规范值失效，目前，已知可能的原因有以下几种：①上芯空洞超标、结合不良空洞超标、结合不良会导致热阻偏大，是由于空气的导热系数远小于锡。空气在标准标准状态下的导热系数是0．0244W／(m．k)，而锡的导热系数是67W／(m．k)，相差近3000倍。所以空洞对热阻的影响是非常大的，远大于锡层偏厚或倾斜的影响②锡层厚度偏厚、倾斜锡层厚度偏厚或倾斜，增加了热传导的距离，一定程度上使产品温度上升较快，导致热阻偏大，但其影响远低于空洞或产品自身内阻增加造成的热阻偏大③芯片内阻大当芯片内阻偏大时，产生的热量会明显增加，导致产品温度上升，热阻增加主要目的：检测装片工序NFMEConfidentialDV测试测试原理1)初态测试VDS1如图所示，先在Drain(漏极）与Source(源极）间加小电流IM，大小一般为10mA，测出VDS1初态电压。2)Power加热器件在Gate(栅极)施加VGS开启电压，器件开启。给器件施加一个大电流ID，MOSFET在Power=VDS*ID电力下加热一定时间(PowerTime)，器件发热。3)末态测试VDS2PowerTime结束后,将大电流ID撤掉。继续施加小电流IM，并等待一短时间DelayTime后,测出VDS2末态电压。4)△VDS=VDS1－VDS2ProgramDeviceVcb/dsIe/dImGATE-LPowerTimeDelayLowGateUpperGateFrontN-FET20V2.5A10mA10V25ms75us40mv60mvDVNFMEConfidentialDV测试原理