CN217639376U - 一种半导体器件栅偏测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种半导体器件栅偏测试装置，半导体器件栅偏测试装置包括：加热装置，用于放置待进行半导体器件栅偏测试的半导体器件以及用于为半导体器件提供预设温度的环境；正栅压施加电路，用于为半导体器件施加正向电压；负栅压施加电路，用于为半导体器件施加负向电压；电流检测装置，用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中半导体器件的栅极泄漏电流；测试控制端，与正栅压施加电路、负栅压施加电路和电流检测装置分别连接，并用于控制正栅压施加电路和负栅压施加电路交替工作，以及获取栅极泄漏电流。本实用新型在半导体器件栅偏测试的过程中实时监控并实时记录半导体器件的栅极泄漏电流，半导体器件栅偏测试装置的测试可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件测试技术领域，具体涉及一种半导体器件栅偏测试装置。
背景技术
碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大，耐高温，高热导率等优点，广泛用于电力电子器件的制备。金属-氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)是基于碳化硅材料制作的电力电子开关器件，具有开关速度快，耐压高，电流密度大，耐高温等一系列的优点，目前在开关电源，逆变器，汽车电子等领域有极大的应用空间。
半导体器件栅偏测试是考核金属-氧化物半导体场效应晶体管栅极和绝缘栅双极型晶体管栅极可靠性最重要的一种加速寿命试验，给金属-氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管的栅极提供特定的电应力，通过分析金属- 氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管在试验前后的电性能参数变化来评估金属-氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管的栅极可靠性，而现有技术中的半导体器件栅偏测试装置的测试可靠性较差影响试验结果的判断，因此现有技术中的半导体器件栅偏测试装置有待改进。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的半导体器件栅偏测试装置的测试可靠性较差的缺陷，从而提供一种半导体器件栅偏测试装置。
本实用新型提供一种半导体器件栅偏测试装置，包括：加热装置，用于放置待进行半导体器件栅偏测试的半导体器件以及用于为所述半导体器件提供预设温度的环境；正栅压施加电路，用于为所述半导体器件施加正向电压；负栅压施加电路，用于为所述半导体器件施加负向电压；电流检测装置，用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中所述半导体器件的栅极泄漏电流；测试控制端，与所述正栅压施加电路、所述负栅压施加电路和所述电流检测装置分别连接，并用于控制所述正栅压施加电路和所述负栅压施加电路交替工作，以及获取所述栅极泄漏电流。
可选的，所述正栅压施加电路与所述负栅压施加电路并联连接；所述正栅压施加电路包括串联连接的第一可调电压源、第一可调电阻以及第一开关，所述第一开关具有第一控制端；所述第一可调电压源用于为所述半导体器件施加正向电压；所述第一可调电阻用于调节施加在所述半导体器件上的正向电压在施加过程中正向电压变化率的大小；所述负栅压施加电路包括串联连接的第二可调电压源、第二可调电阻以及第二开关，所述第二开关具有第二控制端；所述第二可调电压源用于为所述半导体器件施加负向电压；所述第二可调电阻用于调节施加在所述半导体器件上的负向电压在施加过程中负向电压变化率的大小；所述测试控制端与所述第一控制端、所述第二控制端分别连接，所述测试控制端用于在半导体器件栅偏测试的过程中按照切换周期控制所述负栅压施加电路和所述正栅压施加电路交替工作。
可选的，所述正栅压施加电路与所述负栅压施加电路并联连接形成施压电路；所述测试装置还包括保护开关，所述保护开关与所述施压电路、电流检测装置以及所述半导体器件串联连接。
可选的，所述保护开关具有第三控制端，所述第三控制端与所述测试控制端连接。
可选的，还包括：与所述半导体器件串联连接的切换开关，所述切换开关具有第四控制端，所述第四控制端与所述测试控制端连接。
可选的，所述测试控制端用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述正栅压施加电路的正极连接、所述半导体器件的第二端与所述正栅压施加电路的负极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对所述半导体器件施加正向电压；所述测试控制端还用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述负栅压施加电路的负极连接、所述半导体器件的第二端与所述负栅压施加电路的正极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对所述半导体器件施加负向电压。
可选的，所述测试控制端还用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述正栅压施加电路的正极连接、所述半导体器件的第二端与所述正栅压施加电路的负极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在对所述半导体器件栅偏测试过程中对所述半导体器件的阈值电压的测量。
可选的，所述半导体器件为绝缘栅双极型晶体管，所述半导体器件的第一端为绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述半导体器件的第二端为绝缘栅双极型晶体管的发射极，所述半导体器件的第三端为绝缘栅双极型晶体管的集电极。
可选的，所述半导体器件为金属－氧化物半导体场效应晶体管，所述半导体器件的第一端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述半导体器件的第二端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的源极，所述半导体器件的第三端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
本实用新型的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型提供的半导体器件栅偏测试装置，电流检测装置用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中半导体器件的栅极泄漏电流；测试控制端，与正栅压施加电路、负栅压施加电路和电流检测装置分别连接，并用于控制正栅压施加电路和负栅压施加电路交替工作，以及获取栅极泄漏电流，测试控制端在半导体器件栅偏测试的过程中可实时监控并实时记录半导体器件的栅极泄漏电流，因此半导体器件栅偏测试装置的测试可靠性高。
进一步的，第一可调电阻用于调节施加在半导体器件上的正向电压在施加过程中正向电压变化率的大小，第二可调电阻用于调节施加在半导体器件上的负向电压在施加过程中负向电压变化率的大小可以实现对不同规格的半导体器件进行栅偏测试试验。
进一步的，测试控制端还用于通过控制第四控制端使切换开关实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接使在对半导体器件栅偏测试过程中对半导体器件的阈值电压的测量测试控制端可以在半导体器件栅偏测试的过程中实时监控并实时记录半导体器件的阈值电压，避免将半导体器件取出半导体器件栅偏测试装置再进行阈值电压测试的过程中，半导体器件的性能发生恢复，影响试验结果的判断。因此半导体器件栅偏测试装置能准确评估半导体器件的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例提供的半导体器件栅偏测试装置的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例提供的半导体器件栅偏测试装置的电路图；
图3为本实用新型一实施例提供的半导体器件栅偏测试方法的流程图；
图4为本实用新型一实施例提供的获取初始正偏置阈值电压或正偏置阈值电压时施加在半导体器件上的电压变化的示意图；
图5为本实用新型一实施例提供的获取初始负偏置阈值电压或获取负偏置阈值电压时施加在半导体器件上的电压变化的示意图；
图6为本实用新型一实施例提供的半导体器件栅偏测试方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型提供一种半导体器件栅偏测试装置，参考图1，包括：
加热装置，用于放置待进行半导体器件栅偏测试的半导体器件以及用于为半导体器件提供预设温度的环境；
正栅压施加电路，用于为半导体器件施加正向电压；
负栅压施加电路，用于为半导体器件施加负向电压；
电流检测装置，用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中半导体器件的栅极泄漏电流；
测试控制端，与所述正栅压施加电路、所述负栅压施加电路和所述电流检测装置分别连接，并用于控制所述正栅压施加电路和所述负栅压施加电路交替工作，以及获取所述栅极泄漏电流。
本实施例提供的半导体器件栅偏测试装置，电流检测装置用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中半导体器件的栅极泄漏电流；测试控制端，与正栅压施加电路、负栅压施加电路和电流检测装置分别连接，并用于控制正栅压施加电路和负栅压施加电路交替工作，测试控制端在半导体器件栅偏测试的过程中可实时监控并实时记录半导体器件的栅极泄漏电流，因此半导体器件栅偏测试装置的测试可靠性高。
在一个实施例中，加热装置包括温箱；在其他实施例中，加热装置还可以包括其他用于放置待进行栅偏测试的半导体器件以及用于为半导体器件提供预设温度的环境的装置。
在一个实施例中，参考图2，正栅压施加电路与负栅压施加电路并联连接；正栅压施加电路包括串联连接的第一可调电压源U1、第一可调电阻R1以及第一开关S1，第一开关S1具有第一控制端；第一可调电压源U1用于为半导体器件施加正向电压；第一可调电阻R1用于调节施加在半导体器件上的正向电压在施加过程中正向电压变化率的大小；负栅压施加电路包括串联连接的第二可调电压源U2、第二可调电阻R2以及第二开关S2，第二开关S2具有第二控制端；第二可调电压源U2用于为半导体器件施加负向电压；第二可调电阻R2用于调节施加在半导体器件上的负向电压在施加过程中负向电压变化率的大小；测试控制端D与第一控制端、第二控制端分别连接，测试控制端D用于在半导体器件栅偏测试的过程中按照切换周期控制负栅压施加电路和正栅压施加电路交替工作。
在一个实施例中，切换周期的范围为1x10－6秒－10秒，例如8秒。测试控制端D在半导体器件栅偏测试的过程中通过控制第一控制端使第一开关S1闭合，通过第二控制端使第二开关S2断开，负栅压施加电路开始为半导体器件施加负向电压，负栅压施加电路为半导体器件施加负向电压8秒后，测试控制端 D通过控制第一控制端使第一开关S1断开，通过第二控制端使第二开关S2闭合，正栅压施加电路开始为半导体器件施加正向电压。
第一可调电阻用于调节施加在半导体器件上的正向电压在施加过程中正向电压变化率的大小，第二可调电阻用于调节施加在半导体器件上的负向电压在施加过程中正向电压变化率的大小，由于不同规格的半导体器件的工作电压不同，假如需要改变施加在半导体器件上的负向电压在施加过程中正向电压变化率的大小时，只需要调节第一可调电阻的大小，需要改变施加在半导体器件上的正向电压在施加过程中负向电压变化率的大小时，只需要调节第二可调电阻的大小，因此可以实现对不同规格的半导体器件进行栅偏测试试验。
第一可调电压源和第二可调电压源的电压大小可调，第一可调电压源可以在半导体器件栅偏测试过程中对半导体器件施加正向电压还可以在对半导体器件进行阈值电压测试时施加正向预偏置电压，第二可调电压源可以在半导体器件栅偏测试过程中对半导体器件施加负向电压还可以在对半导体器件进行阈值电压测试时施加负向预偏置电压，施加正向电压的电源与施加正向预偏置电压的电源为同一个电源，施加负向电压的电源与施加负向预偏置电压的电源为同一个电源，在对半导体器件进行阈值电压测试时不需要添加额外的电路就可以实现对半导体器件施加正向预偏置电压或者负向预偏置电压，因此本实施例提供的半导体器件栅偏测试装置更为简化。
在一个实施例中，继续参考图2，正栅压施加电路与负栅压施加电路并联连接形成施压电路；测试装置还包括保护开关S3，保护开关S3与施压电路、电流检测装置A以及半导体器件串联连接。本实施例中，电流检测装置包括电流传感器，在其他实施例中，电流检测装置还可以包括其他可以检测电流大小的装置。
在一个实施例中，继续参考图2，保护开关S3具有第三控制端，第三控制端与测试控制端连接。当半导体器件的栅极泄漏电流超过设定的电流保护值时，测试控制端控制第三控制端使保护开关S3断开。
在一个实施例中，半导体器件栅偏测试装置还包括：与半导体器件串联连接的切换开关S4，切换开关S4具有第四控制端，第四控制端与测试控制端D 连接。
在一个实施例中，测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对半导体器件施加正向电压；测试控制端D 还可以通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与负栅压施加电路的负极连接、半导体器件的第二端与负栅压施加电路的正极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对半导体器件施加负向电压。
在一个实施例中，测试控制端D还可以通过控制第四控制端使切换开关S4 实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接使在对半导体器件栅偏测试过程中对半导体器件的阈值电压的测量。
测试控制端可以在半导体器件栅偏测试的过程中实时监控并实时记录半导体器件的阈值电压，避免将半导体器件取出半导体器件栅偏测试装置再进行阈值电压测试的过程中，半导体器件的性能发生恢复，影响试验结果的判断。因此半导体器件栅偏测试装置能准确评估半导体器件的可靠性。
在一个实施例中，半导体器件为绝缘栅双极型晶体管，半导体器件的第一端为绝缘栅双极型晶体管的栅极，半导体器件的第二端为绝缘栅双极型晶体管的发射极，半导体器件的第三端为绝缘栅双极型晶体管的集电极。
在另一个实施例中，半导体器件为金属－氧化物半导体场效应晶体管，半导体器件的第一端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的栅极，半导体器件的第二端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的源极，半导体器件的第三端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
根据以上的半导体器件栅偏测试装置本实施例还提供一种半导体器件栅偏测试方法，参考图3，包括以下步骤：
步骤S1：提供半导体器件栅偏测试装置；
步骤S2：测试控制端在半导体器件栅偏测试的测试时间内控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期分别对半导体器件施加正向电压和负向电压。
在一个实施例中，对半导体器件进行测试之前，包括：将加热装置M的温度设定至预设温度，预设温度为150摄氏度－175摄氏度，例如160摄氏度，预设温度在150摄氏度－175摄氏度之间为半导体器件的工作温度。
在一个实施例中，在半导体器件栅偏测试时间内采用正栅压施加电路按照测试周期获取半导体器件的阈值电压。
在一个实施例中，获取半导体器件的阈值电压时：正栅压施加电路的电压由0V逐渐增加，直至半导体器件中的栅极泄漏电流达到截止电流时的电压为半导体器件的阈值电压。
在一个实施例中，获取半导体器件的阈值电压包括：获取正偏置阈值电压。
在一个实施例中，获取正偏置阈值电压的步骤包括：获取正偏置阈值电压之前，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压；具体的，参考图4，获取正偏置阈值电压之前，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的正极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，实现对半导体器件施加正向预偏置电压；正向预偏置电压的范围为1V－10V，例如 2V；对半导体器件施加正向预偏置电压的时间为：10ms－10s，例如2s，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压，之后，采用正栅压施加电路获取半导体器件的正偏置阈值电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，正栅压施加电路的电压由0V逐渐增加，直至半导体器件中的栅极泄漏电流达到截止电流时的电压为半导体器件的正偏置阈值电压，正偏置阈值电压由测试控制端进行实时存储，之后，测试控制端继续控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期对半导体器件施加动态栅极应力，直至下一个测试周期。
在一个实施例中，获取半导体器件的阈值电压包括：获取负偏置阈值电压。
在一个实施例中，获取负偏置阈值电压的步骤包括：获取负偏置阈值电压之前，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压；具体的，参考图5，获取负偏置阈值电压之前，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与负栅压施加电路的负极连接、半导体器件的第二端与负栅压施加电路的正极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，实现对半导体器件施加负向预偏置电压；负向预偏置电压的范围为－1V－－10V，例如－2V；对半导体器件施加负向预偏置电压的时间为：10ms－10s，例如2s，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压，之后，采用正栅压施加电路获取半导体器件的负偏置阈值电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，正栅压施加电路的电压由0V逐渐增加，直至半导体器件中的栅极泄漏电流达到截止电流时的电压为半导体器件的负偏置阈值电压，负偏置阈值电压由测试控制端进行实时存储，之后，测试控制端继续控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期对半导体器件施加动态栅极应力，直至下一个测试周期。
在一个实施例中，测试控制端在半导体器件栅偏测试的测试时间内控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期分别对半导体器件施加正向电压和负向电压之前，还包括：获取初始阈值电压。
在一个实施例中，获取初始阈值电压包括：获取初始正偏置阈值电压。
在一个实施例中，获取初始正偏置阈值电压的步骤包括：获取初始正偏置阈值电压之前，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压；具体的，继续参考图4，获取初始正偏置阈值电压之前，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的正极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，实现对半导体器件施加正向预偏置电压；正向预偏置电压的范围为1V－10V，例如2V；对半导体器件施加正向预偏置电压的时间为：10ms－10s，例如2s，采用正栅压施加电路对半导体器件施加正向预偏置电压，之后，采用正栅压施加电路获取半导体器件的初始正偏置阈值电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，正栅压施加电路的电压由0V逐渐增加，直至半导体器件中的电流到达截止电流时的电压为半导体器件的初始正偏置阈值电压，初始正偏置阈值电压由测试控制端进行实时存储。
在一个实施例中，获取初始阈值电压包括：获取初始负偏置阈值电压。
在一个实施例中，获取初始负偏置阈值电压的步骤包括：获取初始负偏置阈值电压之前，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压；具体的，继续参考图5，获取初始负偏置阈值电压之前，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与负栅压施加电路的负极连接、半导体器件的第二端与负栅压施加电路的正极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，实现对半导体器件施加负向预偏置电压；负向预偏置电压的范围为－1V－－10V，例如－2V；对半导体器件施加负向预偏置电压的时间为：10ms－10s，例如2s，采用负栅压施加电路对半导体器件施加负向预偏置电压，之后，采用正栅压施加电路获取半导体器件的初始负偏置阈值电压，同时测试控制端D通过控制第四控制端使切换开关S4实现半导体器件的第一端与正栅压施加电路的正极连接、半导体器件的第二端与正栅压施加电路的负极连接以及半导体器件的第三端与半导体器件的第二端连接，正栅压施加电路的电压由0V逐渐增加，直至半导体器件中的栅极泄漏电流达到截止电流时的电压为半导体器件的初始负偏置阈值电压，初始负偏置阈值电压由测试控制端进行实时存储。
在一个实施例中，半导体器件为绝缘栅双极型晶体管，半导体器件的第一端为绝缘栅双极型晶体管的栅极，半导体器件的第二端为绝缘栅双极型晶体管的发射极，半导体器件的第三端为绝缘栅双极型晶体管的集电极。
在一个实施例中，截止电流为通过集电极与发射极之间的电流。
在另一个实施例中，半导体器件为金属－氧化物半导体场效应晶体管，半导体器件的第一端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的栅极，半导体器件的第二端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的源极，半导体器件的第三端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
在一个实施例中，截止电流为通过漏极与源极之间的电流。
在一个实施例中，截止电流的范围为8mA－12mA，例如10mA；若截止电流低于8mA，截止电流值低于半导体器件正常工作的电流；若截止电流值高于12mA，截止电流值可能高于半导体器件正常工作的电流。
在一个实施例中，切换周期的范围为1x10－6秒－10秒，例如8秒。
切换周期可根据需求由测试控制端进行调节，因此，半导体器件栅偏测试方法简单易操作，可准确评估半导体器件的可靠性。
在一个实施例中，半导体器件栅偏测试的时间为900小时-1100小时，例如1000小时；若半导体器件栅偏测试的时间少于900小时，则对半导体器件进行半导体器件栅偏测试的时间较短，获得的半导体器件的栅极可靠性程度较低；若半导体器件栅偏测试的时间多于1100小时，则对半导体器件进行半导体器件栅偏测试的时间过长，不利于提高半导体器件栅偏测试的效率。
在一个实施例中，测试周期为10小时-100小时，例如50小时；若测试周期小于10小时，阈值电压的测试次数过多，则对半导体器件进行栅偏测试试验的时间缩短，获得的半导体器件的栅极可靠性程度较低；若测试周期大于100 小时，则阈值电压的测试次数过少，获得阈值电压的数据过少，准确评估半导体器件的可靠性的程度较小。
测试周期可根据需求由测试控制端进行调节，因此，半导体器件栅偏测试方法简单易操作，可准确评估半导体器件的可靠性。
在一个实施例中，在半导体器件栅偏测试的过程中，半导体器件的栅极泄漏电流达到电流保护值时，测试控制端控制保护开关S3断开，对半导体器件栅偏测试开始到半导体器件的栅极泄漏电流达到电流保护值的时间为半导体器件的使用寿命，用于检测半导体器件的栅极的可靠性。电流保护值的大小为通过半导体器件最大的栅极泄漏电流的大小。
在另一个实施例中，测试控制端在半导体器件栅偏测试的测试时间内正栅压施加电路和负栅压施加电路之间不存在切换，即在测试时间内只施加正栅压施加电路或者负栅压施加电路，只施加正栅压施加电路按照测试周期获取半导体器件的正偏置阈值电压，只施加负栅压施加电路按照测试周期获取半导体器件的负偏置阈值电压，因此本实施例提供的半导体器件栅偏测试方法也可获取半导体器件在静态应力条件下的阈值电压。
在一个具体的实施例中，参考图6，半导体器件栅偏测试方法：包括以下步骤：
步骤D1：提供半导体器件栅偏测试装置；
步骤D2：设定试验条件；
步骤D3：测试控制端在半导体器件栅偏测试的测试时间内控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期分别对半导体器件施加正向电压和负向电压；
步骤D4：半导体器件栅偏测试过程中，测试控制端实时记录半导体器件的栅极泄漏电流，通过测试控制端进行存储，当栅极泄漏电流达到电流保护值后控制保护开关断开；
步骤D5：半导体器件栅偏测试的时间达到测试周期进行阈值电压测试，之后，继续半导体器件栅偏测试，直至半导体器件栅偏测试结束。
在步骤D2中，具体的，试验条件包括半导体器件栅偏测试的测试时间为 1000小时，加热装置M的温度设定至预设温度，预设温度为150摄氏度，对半导体器件施加负向预偏置电压的时间为2s，对半导体器件施加正向预偏置电压的时间为2s，第一可调电压源为半导体器件施加正向电压的大小为10V，第二可调电压源为半导体器件施加负向电压的大小为－10V，切换周期为8秒，测试周期为10小时，第一可调电压源为半导体器件施加正向预偏置电压的大小为 2V，第二可调电压源为半导体器件施加负向预偏置电压的大小为－2V。
测试控制端在半导体器件栅偏测试的测试时间内控制正栅压施加电路和负栅压施加电路按照切换周期对半导体器件施加动态栅极应力，按照测试周期对半导体器件进行阈值电压的测试以获得多组阈值电压，多组阈值电压通过测试控制端进行存储。获得的多组阈值电压与初始阈值电压进行比较可准确评估半导体器件的可靠性。具体的，多组负偏置阈值电压与初始负偏置阈值电压进行比较，具体的多组正偏置阈值电压与初始正偏置阈值电压进行比较。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，包括：
加热装置，用于放置待进行半导体器件栅偏测试的半导体器件以及用于为所述半导体器件提供预设温度的环境；
正栅压施加电路，用于为所述半导体器件施加正向电压；
负栅压施加电路，用于为所述半导体器件施加负向电压；
电流检测装置，用于测量在半导体器件栅偏测试的过程中所述半导体器件的栅极泄漏电流；
测试控制端，与所述正栅压施加电路、所述负栅压施加电路和所述电流检测装置分别连接，并用于控制所述正栅压施加电路和所述负栅压施加电路交替工作，以及获取所述栅极泄漏电流。
2.根据权利要求1所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述正栅压施加电路与所述负栅压施加电路并联连接；
所述正栅压施加电路包括串联连接的第一可调电压源、第一可调电阻以及第一开关，所述第一开关具有第一控制端；
所述第一可调电压源用于为所述半导体器件施加正向电压；
所述第一可调电阻用于调节施加在所述半导体器件上的正向电压在施加过程中正向电压变化率的大小；
所述负栅压施加电路包括串联连接的第二可调电压源、第二可调电阻以及第二开关，所述第二开关具有第二控制端；
所述第二可调电压源用于为所述半导体器件施加负向电压；
所述第二可调电阻用于调节施加在所述半导体器件上的负向电压在施加过程中负向电压变化率的大小；
所述测试控制端与所述第一控制端、所述第二控制端分别连接，所述测试控制端用于在半导体器件栅偏测试的过程中按照切换周期控制所述负栅压施加电路和所述正栅压施加电路交替工作。
3.根据权利要求2所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述正栅压施加电路与所述负栅压施加电路并联连接形成施压电路；
所述测试装置还包括保护开关，所述保护开关与所述施压电路、电流检测装置以及所述半导体器件串联连接。
4.根据权利要求3所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述保护开关具有第三控制端，所述第三控制端与所述测试控制端连接。
5.根据权利要求1所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，还包括：与所述半导体器件串联连接的切换开关，所述切换开关具有第四控制端，所述第四控制端与所述测试控制端连接。
6.根据权利要求5所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述测试控制端用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述正栅压施加电路的正极连接、所述半导体器件的第二端与所述正栅压施加电路的负极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对所述半导体器件施加正向电压；
所述测试控制端还用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述负栅压施加电路的负极连接、所述半导体器件的第二端与所述负栅压施加电路的正极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在半导体器件栅偏测试的过程中对所述半导体器件施加负向电压。
7.根据权利要求5所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述测试控制端还用于通过控制所述第四控制端使所述切换开关实现所述半导体器件的第一端与所述正栅压施加电路的正极连接、所述半导体器件的第二端与所述正栅压施加电路的负极连接以及所述半导体器件的第三端与所述半导体器件的第二端连接使在对所述半导体器件栅偏测试过程中对所述半导体器件的阈值电压的测量。
8.根据权利要求6或7所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述半导体器件为绝缘栅双极型晶体管，所述半导体器件的第一端为绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述半导体器件的第二端为绝缘栅双极型晶体管的发射极，所述半导体器件的第三端为绝缘栅双极型晶体管的集电极。
9.根据权利要求6或7所述的半导体器件栅偏测试装置，其特征在于，
所述半导体器件为金属－氧化物半导体场效应晶体管，所述半导体器件的第一端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述半导体器件的第二端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的源极，所述半导体器件的第三端为金属－氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221433436.6U CN217639376U (zh) | 2022-06-08 | 2022-06-08 | 一种半导体器件栅偏测试装置 |
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| CN217639376U true CN217639376U (zh) | 2022-10-21 |
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Family Applications (1)
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2022
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