[发明专利]半导体器件的加速老化的检测系统和方法

说明书

本发明涉及半导体器件的检测，特别涉及此类器件的加速老化的检测。

以前曾有各种方法用于预测或检测半导体器件的性能失效的情况。此类器件制造者采用多种方法，防止不耐用的器件在顾客使用时失效。这些制造者希望器件具有良好的性能，以便建立器件的可靠性，避免退货，减少制造者的保修呼叫，并避免用户的不满。

一种众所周知的与半导体器件寿命特别相关的现象通称为“初期失效率”。该术语用来描述在新元件中观测到的较高失效率。一般，元件在短期工作后，从原始的高失效率下降到一个低值，并在较长的时期继续保持低值。为了避免半导体器件的“初期失效率”的效应，一般使此类元件“预烧”，直至初期失效率周期过去。这种“预烧”一般包含交替地给器件通以大的正向电流和施加几乎等于标称峰值的反偏压，或变化器件的温度。“预烧”系统和方法的一些实例可参见美国专利U.S-5,047,711(Smith等人，题目《Wafer-Level Burn-in Testing ofIntegrated Circuits》),US-5,030,905(Figal，题目《Bleowa Minute Burn-in》)，以及US-4,215,309(Frey，题目《HighEfficiency Switching Circuit》)。

然而，“预烧”不能探测到仅仅靠施加正向电流不可能探测到的各种与半导体器件相关的问题，也不能探测当器件超过老化曲线中初始高失效点时可能发生的问题。例如在电气系统中经常有高压电涌出现，使半导体器件承受高于制造者规定的电压。发生的瞬时功率电涌一般确定器件出现失效的击穿电压，参见美国专利US-4,307,342(Peterson，题目“Method and ApparatusFor Testing Electronics Devices”)。

其它的检测系统和方法已被用来检测从诸如发光二极管(LED)或激光二极管等半导体器件发出的辐射。某些这样的系统和方法可参见美国专利US4,578,641(Tiedje题目“Systemsfor Measuring Carrier Lifetime of Semiconductor Wafers”),US-4,797,609(Yane，题目“LED Monitoring Without ExternalLight Deteetion”),US-5,065,007(Tanaka，题目“Apparatrsfor Measuring Light Output from Semiconductor Light EmittingElement”)，以及US-4,611,116(Batt，题目“Light EmittingDiode Intensity Tester.”。

另外，还试验那种给半导体器件，诸如P-N结二极管，或双极型晶体管，通以大电流浪涌脉冲，以诱发有关的半导体结构的损伤检测系统和方法。这些系统和方法的实例可参见美国专利US-3,978,405(Petree，题目“Damage Thresholds of P-NJunction Device by a Current Pulse Method”)以及US-4,301,403(Hawkes等人，题目“Electrical Circuit Testing”)。

另一公知的检测半导体器件的方法是用统计抽样一组或一些用相同材料制备的器件，然后根据统计样品，画出全组器件的性能。例如，在较成熟的LED材料中，诸如GaAs、GaAsP、或AlGaAs，一般将含有LED管芯的片划开或锯开，然后统计抽样。首先检测LED样品的各种光学和电学工作特性。根据统计的LED样品的老化或其它检测决定或接受或剔除整片LED管芯。对LED半导体器件的这样技术的描述可参见“Light Emitting Diodes:AIntrodnetion”一书(K.Gillessen and W.Schairer,§3-3-7 at98-99,1991)。尽管对成熟的性能可预测的半导体材料有益，但此种统计抽样对选择不太成熟的半导体材料，如碳化硅(Sic)尚不是一种恰当的技术。