[发明专利]具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法

说明书

本发明公开了一种具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法。Pwell区域、Nc缓变电容区域、Nr电阻区域、重掺杂N++、重掺杂N++、Psw区域、反型氧化层上电极以及金属连接一同构成的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置的主体。本发明克服了最小回穿电压和最小维持电流不易直接测量的缺陷，能够直接测量出具有回扫特征静电防护机构的最小回穿电压和最小维持电流；摆脱了对中高端的功率半导体扫描仪和TLP测试系统的依赖，所用测试设备为常见基础设备而非昂贵复杂的测试设备；测试过程中电压电流变化都较为平缓，避免了dv/dt、电感冲击等的影响，测量结果稳定，测量的一致重复性好。

技术领域：

本发明涉及半导体技术领域中的集成电路可靠性与可制造性方向，特别是半导体领域中的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法。

技术背景：

静电放电(Electrostatic Discharge)是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力(EOS:Electrical Over Stress)破坏的主要原因。静电通常瞬间电压高达几千伏，会造成电路永久性的烧毁。防护集成电路元器件免于静电损伤是所有IC设计和制造的难题。

常用的静电防护机构通常分为二极管类、晶体管类、可控硅类几种。在静电泄放过程中二极管类的静电防护机构无回扫特征，而晶体管类、可控硅类的静电防护机构具有回扫特征。

具有回扫特征的静电防护机构是低电容高性能静电防护元器件的首选，然而回扫特征也为低电容高性能静电防护元器件带来了新的问题和挑战，回扫特性过程中的关键参数如最小回穿电压和最小维持电流必须十分小心地设计并准确地测试。

对于不具备回扫特征如二极管类静电防护机构来说，只需要工作电压大于静电防护机构的开启电压即可，没有额外的参数需要测量；但是对于具备回扫特征如晶体管类、可控硅类静电防护机构来说，除了要确保静电防护机构的开启电压大于正常工作电压，还要确保最小回穿电压亦大于正常工作电压。最小回穿电压所对应的电流为最小维持电流。

目前，测试具有回扫特征的静电防护机构最小回穿电压和最小维持电流，存在两个迫切问题。

其一是测试手段缺乏问题。静电冲击是一个2ns到100ns周期内的高能量短时冲击。普通的电压电流测试很难激发和检测到如此时间周期既短，能量又高的信号。目前，仅仅能够借助于中高端的功率半导体扫描仪和TLP测试系统来初步测试具有回扫特征的静电防护机构最小回穿电压和最小维持电流。

其二是现存测试设备系统价格昂贵。中高端的功率半导体扫描仪和TLP测试系统价格昂贵，相比普通的电压电流表计，配置成本高，在具有回扫特征的静电防护机构使用成本和效率上形成了严重瓶颈。另外，在大规模测试时考虑到多套测试系统并行运行需求，现有的最小回穿电压和最小维持电流完全无法进行大规模测试，这也是目前没有任何厂家对最小回穿电压和最小维持电流进行逐一测试的原因之一。

其三也是最重要的时精度问题。如前所述，静电冲击是纳米周期内的高能量短时冲击，信号dv/dt变化、电感冲击、线缆寄生效应的影响会严重影响测试精度。不同厂家不同型号的功率半导体扫描仪得到的最小回穿电压和最小维持电流往往具有巨大差异，这极大地困扰着生产验收销售环节的工作人员。TLP厂商数量远小于功率半导体扫描仪，并且原理上可以对发出的方波进行严格规范。但是，一方面TLP系统昂贵，不可能在生产验收销售环节上出处配置；另一方面，一旦采用过了不同厂商的TLP系统，其发出方波的质量也会影响到最小回穿电压和最小维持电流的一致性。具有回扫特征的静电防护机构最小回穿电压和最小维持电流在测试一致性方面亟待改进

本发明围绕上述技术背景和以上三个问题，公开了一种新型的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法，能够适用于具有回扫特征的晶体管和可控硅类静电防护机构，能够在极地的实施成本情况下，测试具有良好一致性的最小回穿电压和最小维持电流。

发明内容