一种半导体器件阈值电压的检测方法及系统技术方案

本申请涉及半导体测试的领域，公开了一种半导体器件阈值电压的检测方法及系统，该检测方法包括：基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数；对待测半导体器件进行预处理；通过电流钳位的方式向待测半导体器件依序输送多级测试电流，并同步测量与多级测试电流一一对应的多级测试电压，其中，多级测试电流的电流值从初始电流值开始按照电流调节步长逐步减小，直至降低至终止电流值；根据多级测试电压的值确定待测半导体器件的实际阈值电压

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件阈值电压的检测方法及系统


[0001]本申请涉及半导体测试的领域，尤其是涉及一种半导体器件阈值电压的检测方法及系统
。

技术介绍

[0002]近年来，第三代宽带隙半导体，例如碳化硅和氮化镓，因其高耐压
、
低导通电阻和高频等特性，在新能源汽车行业中得到了广泛应用
。
然而，它们的技术发展过程中存在着一个主要挑战：产品可靠性
。
具体来说，阈值电压（
Vth
）的漂移是影响产品可靠性的关键问题之一，是评估产品技术可靠性的主要参数，也是当前科研工作的重点
。
[0003]宽带半导体与传统硅器件相比最显著的差异在于宽带半导体的阈值电压的稳定性较差
。
具体地，在器件测试过程中，宽带半导体的阈值电压会发生显著漂移，这使得器件的电性能测试及其高温栅偏试验后的数据严重依赖测试条件
。
因为阈值电压的稳定性会直接影响器件的性能和可靠性，因此，精确地测试宽带半导体的阈值电压对于指导使用者的应用和评估宽带半导体的技术状况至关重要
。
[0004]目前，现有技术关于阈值电压的测试方法主要参考了
JEDEC
制定的
JEP183A
标准
。
该标准推荐了一种通过电压源下的电压扫描下降以测试阈值电压的方法，该方法需要事先规定扫描步长和扫描的起始电压
。
然而，这种方法最终测得的阈值电压值的精度会受到扫描步长的影响，如果步长设置过大，扫描的粗糙度增加，可能无法准确捕捉到阈值电压的变化，导致测量结果的精度降低；如果步长设置过小，虽然可以提高精度，但会增加扫描的数据点数，增加测试的时间的同时也可能会影响器件的偏置应力效果
。
具体地，在电压扫描测试过程中，如果扫描时间过长，可能会产生额外的偏置应力，导致器件状态发生变化，这会影响到阈值电压的测量结果
。
换句话说，这可能抵消了我们通过扫描方法试图测量的阈值电压的原始状态，从而导致测量结果的误差
。

技术实现思路

[0005]为了提高测试速度和精度，本申请提供一种半导体器件阈值电压的检测方法及系统
。
[0006]一方面，本申请提供的一种半导体器件阈值电压的检测方法，采用如下的技术方案：一种半导体器件阈值电压的检测方法，所述方法包括：基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数，所述测试参数至少包括初始电流值
、
终止电流值和电流调节步长；对所述待测半导体器件进行预处理，以消弱所述待测半导体器件的阈值电压漂移；通过电流钳位的方式向所述待测半导体器件依序输送多级测试电流，并同步测量与所述多级测试电流一一对应的多级测试电压，其中，所述多级测试电流的电流值从所述
初始电流值开始按照所述电流调节步长逐步减小，直至降低至所述终止电流值；根据所述多级测试电压的值确定所述待测半导体器件的实际阈值电压
。
[0007]通过采用上述技术方案，在测试前对待测半导体器件进行预处理能够消除待测半导体器件的阈值电压漂移，以提高测量结果的精度，通过电流钳位的方式向待测半导体器件依序输送多级测试电流，并获得对应的测试电压，从测试电压中确定半导体器件的实际阈值电压能够提高测试速度
。
[0008]现有技术通过电压扫描测试的方法检测阈值电压时，输出电压可能会出现一瞬间的过冲现象，过冲是指在设定值附近快速超过设定值的电压变化，需要一定的振荡时间才能稳定输出电压，而通过电流钳位的方式能够实时监控输出电压并进行反馈控制，避免过冲现象的发生，更快地控制电流和电压
。
[0009]进一步地，现有技术通过电压扫描测试方法检测阈值电压时，电压扫描步长的量级需要逐步的调整，经过多轮测量，不断缩小电压的测试范围后，才能达到千分之一的精度，而本申请通过逐步减小测试电流检测阈值电压，半导体器件导通阶段和不导通阶段的电压差距较小，选取合适的电压表，电压的精度就可以达到千分之一
。
[0010]综上，本申请在保证测试准确性的同时既提高了测量速度又提高了测量精度
。
[0011]示例性地，所述理论参数是所述待测半导体器件的预估阈值电流或标定阈值电流，并且所述基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数包括：根据所述预估阈值电流或所述标定阈值电流确定所述测试电流的上覆盖量和下覆盖量，以及所述电流调节步长；根据所述下覆盖量确定所述初始电流值，以及根据所述上覆盖量确定所述终止电流值
。
[0012]通过采用上述技术方案，若待测半导体器件的标定阈值电流未知，可以通过不同类型的半导体器件的预估阈值电流确定测试电流的覆盖范围和电流调节步长
。
具体地，对于普通的小型号晶体管，其阈值电流通常在几微安到几毫安之间；而对于某些高功率或特殊用途的功率晶体管，其阈值电流可能会更大，但也不太可能达到
100mA
级别；对于场效应管（
FET
），其阈值电流一般比晶体管小得多，通常在几微安以下，特别是对于增强型
MOSFET
，其阈值电流可能只有几百纳安级别
。
若待测半导体器件的标定阈值电流已知，则可以根据标定阈值电流确定测试电流的覆盖范围和电流调节步长
。
[0013]示例性地，所述根据所述多级测试电压的值确定所述待测半导体器件的实际阈值电压包括：计算每级测试电流的值与对应的测试电压的值之间的压流比值；比较相邻级的压流比值，以确定所述待测半导体器件的实际阈值电压
。
[0014]通过采用上述技术方案，测试电流逐渐下降到实际阈值电流附近时，由于半导体器件的导通状态开始发生变化，压流比值也会出现较大的变化，在半导体器件完全导通的区间内，压流比值在一个固定值附近跳动，在半导体器件处在逐渐导通的状态时，压流比值接近于零，当半导体器件由逐渐导通变换为不导通状态时，压流比值瞬间增大，这个明显的拐点对应的测试电流就是实际阈值电流，而实际阈值电流对应的电压则为实际阈值电压
。
[0015]示例性地，所述待测半导体器件包括源极
、
漏极和栅极，并且所述对所述待测半导体器件进行预处理包括：
设定预偏置电压和预处理时间
Tcon
；导通所述待测半导体器件的漏极与所述待测半导体器件的源极；在所述预处理时间
Tcon
内，对所述待测半导体器件的栅极施加所述预偏置电压
。
[0016]通过采用上述技术方案，能够确保测试半导体器件时，半导体器件处于稳定地初始状态，消弱半导体器件的阈值电压漂移现象，减少测量误差，以获得更准确
、
可靠的测试结果
。
[0017]示例性地，所述预偏置电压的值与所述待测半导体器件的额定导通电压的最大值一致
。
[0018]通过采用上述技术方案，将预偏置电压设置为待测半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述方法包括：基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数，所述测试参数至少包括初始电流值
、
终止电流值和电流调节步长；对所述待测半导体器件进行预处理，以消弱所述待测半导体器件的阈值电压漂移；通过电流钳位的方式向所述待测半导体器件依序输送多级测试电流，并同步测量与所述多级测试电流一一对应的多级测试电压，其中，所述多级测试电流的电流值从所述初始电流值开始按照所述电流调节步长逐步减小，直至降低至所述终止电流值；根据所述多级测试电压的值确定所述待测半导体器件的实际阈值电压
。2.
根据权利要求1所述的半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述理论参数是所述待测半导体器件的预估阈值电流或标定阈值电流，并且所述基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数包括：根据所述预估阈值电流或所述标定阈值电流确定所述测试电流的上覆盖量和下覆盖量，以及所述电流调节步长；根据所述下覆盖量确定所述初始电流值，以及根据所述上覆盖量确定所述终止电流值
。3.
根据权利要求1所述的半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述根据所述多级测试电压的值确定所述待测半导体器件的实际阈值电压包括：计算每级测试电流的值与对应的测试电压的值之间的压流比值；比较相邻级的压流比值，以确定所述待测半导体器件的实际阈值电压
。4.
根据权利要求1所述的半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述待测半导体器件包括源极
、
漏极和栅极，并且所述对所述待测半导体器件进行预处理包括：设定预偏置电压和预处理时间
Tcon
；导通所述待测半导体器件的漏极与所述待测半导体器件的源极；在所述预处理时间
Tcon
内，对所述待测半导体器件的栅极施加所述预偏置电压
。5.
根据权利要求4所述的半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述预偏置电压的值与所述待测半导体器件的额定导通电压的最大值一致
。6.
根据权利要求4所述的半导体器件阈值电压的检测方法，其特征在于，所述预处理时间
Tcon
的取值范围如下：
1ms≤Tcon≤100ms。7.
一种半导体器件阈值电压的检测系统，其特征在于，所述系统包括参数确定单元，用于基于待测半导体器件的理论参数确定对应的测试参数，所述测试参数至少包括初始电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕方，
申请(专利权)人：忱芯电子苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：