具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。致重复性好。致重复性好。

【技术实现步骤摘要】
具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置和方法

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[0001]本专利技术涉及半导体
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：
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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
[0010]本专利技术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。

技术实现思路

[0011]本专利技术的主要内容为公开了一种新型的测试具有回扫特征静电防护机构关键参数的装置和方法。
[0012]本专利技术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。
[0013]结构上，第一Pwell区域、Nc缓变电容区域、Nr电阻区域、第一重掺杂N++、第二重掺杂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。
[0014]由此形成等效电路，包括附加测试装置部分电极对应于第一重掺杂N++区域和其上的第一孔及金属，主要功能为引出可连接的电极。
[0015]第一Pwell区域和Nc缓变电容区域构成蓄能电容，其主要结构为第一Pwell区域和Nc缓变电容区域之间的缓变结。
[0016]Nc缓变电容区域、第一Pwell区域、Nr电阻区域构成开关晶体管，开关晶体管的第一Pwell区域、Nc缓变电容区域一侧为缓变结。
[0017]反型氧化层上电极、Psw区域构成反型沟道开关。
[0018]RC及分压电阻构成Nr电阻区域内部形成的寄生电阻。
[0019]再结合本专利技术公开的一系列测试方法，包括具有回扫特征的静电防护机构关键参数测试所用的外围设备以及连接方式、测试流程与步骤、测试中间数据及其读取方法，完成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的测试。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]第一，本专利技术所公开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，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。
[0022]第二，本专利技术所公开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，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如TLP或者功率半导体扫描仪。
[0023]第三，本专利技术所公开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，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。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的MOSFET类静电防护机构关键参数测试
装置示意图，适用于测试横向静电防护机构；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的可控硅类的静电防护机构关键参数测试装置示意图，适用于测试横向静电防护机构；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的测试具有回扫特征的MOSFET类型静电防护机构关键参数测试装置的等效电路示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例提供的测试具有回扫特征的可控硅类型静电防护机构关键参数测试装置的等效电路示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的静电防护机构关键参数测试所用的外围设备以及连接方式示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的静电防护机构关键参数测试的流程示意图；
[0030]图7为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的静电防护机构电压
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时间的测试中间数据及其读取方法示意图；
[0031]图8为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的静电防护机构电流
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时间的测试中间数据及其读取方法示意图；
[0032]图9为本专利技术实施例提供的具有回扫特征的静电防护机构电流
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：第一Pwell区域、Nc缓变电容区域、Nr电阻区域、第一重掺杂N++、第二重掺杂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，所述Nc缓变电容区域、Nr电阻区域设置于第一Pwell区域，所述第一重掺杂N++设置于Nc缓变电容区域，所述第二重掺杂N++设置于Nr电阻区域，所述Psw区域与Nr电阻区域和第二Pwell区域相接，反型氧化层上电极在预定电压下能够在Psw区域中形成反型氧化层，反型氧化层上电极与Psw区域无电学连接，而与第二重掺杂N++通过金属连接相连。2.根据权利要求1所述的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：衬底为磷掺杂的N型半导体，掺杂浓度为1E15至1E17；在衬底中形成硼掺杂的Pwell区域，掺杂浓度为5E16至5E18；第一Pwell区域中形成磷或者砷掺杂的Nc缓变电容区域，掺杂浓度为5E16至5E18；第一Pwell区域中形成磷或者砷掺杂的Nr电阻区域，掺杂浓度为5E16至5E18；在衬底中形成硼掺杂的Psw区域，掺杂浓度为2.5E17至2.5E18。3.根据权利要求1所述的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：Nc缓变电容区域数量不限制，Nc缓变电容区域与第一Pwell区域形成具有缓变结的电容；以Nr电阻区域作为扩散电阻符合电阻值设计要求为首要目标，Nc缓变电容区域与第一Pwell所形成电容保证不击穿为次要目标，Nc缓变电容区域与第一Pwell所形成电容的电容值在保证上述情况条件下做尺寸和位置上的调整。4.根据权利要求1所述的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：第一孔及金属引出为被测试静电防护机构部分的阴极，第二孔及金属引出为被测试静电防护机构部分的阳极，第三孔及金属引出为附加测试装置部分的测试端子。5.根据权利要求1所述的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：形成的等效电路包括：附加测试装置部分电极对应于第一重掺杂N++区域和其上的第三孔及金属，主要功能为引出可连接的电极；第一Pwell区域和Nc缓变电容区域构成蓄能电容，其主要结构为Pwell区域和Nc缓变电容区域之间的缓变结；Nc缓变电容区域、第一Pwell区域、Nr电阻区域构成开关晶体管，开关晶体管的第一Pwell区域、Nc缓变电容区域一侧为缓变结；反型氧化层上电极、Psw区域构成反型沟道开关；RC及分压电阻构成Nr电阻区域内部形成的寄生电阻。6.根据权利要求5所述的具有回扫特征静电防护机构关键参数的测试装置，其特征在于：等效电路中：Nr电阻区域掺杂浓度高出Nc缓变电容区域一到两个数量级；当预定电压施加在反型氧化层上电极上时，Psw区域内形成反型沟道，导致反型沟道开
关打开；当施加的电压下降到一定值时，Psw区域内形成反型沟道不能维持，从而反型沟道开关关断；RC及分压电阻一方面与蓄能电容一同形成RC放电电路，另一方面在RC放电电路中分压，将部分电压施加到反型氧化层上电极之上。7.基于权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，姜一波，吴瑕，彭鑫，
申请(专利权)人：江苏庆延微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：