老化測(cè)試有助于面對(duì) SiC MOSFET 的不穩(wěn)定性

在本文中，我們將重點(diǎn)介紹老化測(cè)試如何幫助評(píng)估碳化硅 MOSFET 在晶圓級(jí)的柵極閾值電壓的穩(wěn)定性。眾所周知，關(guān)于 SiC 功率器件可靠性的一個(gè)主要問題是器件工作期間閾值電壓 (V TH ) 的變化。

老化測(cè)試對(duì)于檢測(cè)半導(dǎo)體設(shè)備的早期故障(嬰兒死亡率)至關(guān)重要，從而提高了組件的可靠性。老化測(cè)試通常在封裝的器件或模塊上進(jìn)行，現(xiàn)在在離開制造廠之前轉(zhuǎn)移到整個(gè)半導(dǎo)體晶圓。此外，老化測(cè)試用于評(píng)估研發(fā)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新設(shè)備的性能和可靠性。

老化

作為全球領(lǐng)先的老化和測(cè)試系統(tǒng)供應(yīng)商，Aehr Test Systems在生產(chǎn)半導(dǎo)體測(cè)試和老化系統(tǒng)方面擁有超過 40 年的經(jīng)驗(yàn)。正如 Aehr Test Systems 總裁兼首席執(zhí)行官 Gayn Erickson 在慕尼黑舉行的最新一屆功率半導(dǎo)體高管峰會(huì)上所指出的，半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要。

“這方面與某些行業(yè)特別相關(guān)，例如汽車行業(yè)，在 30 年前，客戶已經(jīng)開始要求每百萬個(gè)缺陷部件數(shù)量為單位數(shù)的設(shè)備，”埃里克森說。

Aehr 提供廣泛的測(cè)試系統(tǒng)解決方案組合，包括生產(chǎn)和認(rèn)證封裝部件老化系統(tǒng)，以及晶圓級(jí)老化和測(cè)試系統(tǒng)，這些都是本文關(guān)注的關(guān)鍵主題和討論.

碳化硅測(cè)試

“我們圍繞晶圓級(jí)設(shè)計(jì)解決方案的方式專注于我們所說的'不折不扣的測(cè)試'，”Erickson 說。

這意味著被測(cè)晶圓上的每一個(gè)設(shè)備都可以為客戶提供 100% 的可追溯性。測(cè)試系統(tǒng)將準(zhǔn)確告訴您在每臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行了哪些測(cè)試以及設(shè)備何時(shí)發(fā)生故障。Aehr 提供的測(cè)試系統(tǒng)可以通過芯片位置(晶圓)或器件 ID 回讀(模塊)和電子跟蹤為客戶提供晶圓級(jí)老化測(cè)試的完整可追溯性，從而確保了解“好”器件。

Aehr 安裝了相當(dāng)多的 FOX 系列晶圓級(jí)測(cè)試和老化系統(tǒng)，包括 FOX-CP 單晶圓步進(jìn)、FOX-NP 雙晶圓和 FOX-XP，最多允許 18每個(gè)測(cè)試和老化系統(tǒng)的晶圓。FOX-NP 和 FOX-XP 還支持裸芯片或模塊測(cè)試和老化應(yīng)用。

FOX 平臺(tái)是目前唯一具有電子密度的解決方案，能夠在整個(gè)晶圓上提供測(cè)試分辨率，同時(shí)收集每個(gè)設(shè)備/晶圓的特性和地理位置。

FOX(全晶圓測(cè)試)平臺(tái)包括以下系統(tǒng)配置：

1. FOX-1P：它是一個(gè)高度并行的系統(tǒng)，它使用客戶的內(nèi)置自測(cè)試來一次測(cè)試整個(gè)晶圓。這是一種低成本的解決方案，比同類競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)便宜得多。

2. FOX-CP、FOX-NP 和 FOX-XP：這些是模塊化系統(tǒng)，在不同的配置中共享相同的電子設(shè)備。

· 通道模塊：此配置使用通道模塊為被測(cè)設(shè)備提供測(cè)試模式和電源;

· Blade：此配置包含多達(dá) 8 個(gè)通道模塊，可提供多達(dá) 2,048 個(gè)活動(dòng)測(cè)試通道。它目前具有業(yè)內(nèi)最高的密度。

FOX-CP 有一個(gè)刀片，可提供多達(dá) 2,048 個(gè)與探針對(duì)接的引腳。

FOX-NP 最多可以并聯(lián)兩個(gè)刀片(兩個(gè)晶圓)，提供多達(dá) 4,096 個(gè)測(cè)試信號(hào)引腳?？蛻魧⑺麄兊木A放入“WaferPak”(或芯片或模塊放入“DiePak”)，然后裝入測(cè)試儀。

FOX-XP 可以有多達(dá) 18 個(gè)刀片(18 個(gè)晶圓)并聯(lián)，提供多達(dá) 36,864 個(gè)測(cè)試信號(hào)引腳，并類似地處理晶圓和芯片/模塊。

FOX-XP 生產(chǎn)測(cè)試和老化系統(tǒng)如下所示。該系統(tǒng)允許您同時(shí)測(cè)試 18 個(gè) SiC 晶圓，并可配置用于 SiC 柵極、漏極和體二極管壓力測(cè)試。

“我們的多晶圓系統(tǒng)一次可以對(duì)多達(dá) 18 個(gè)晶圓進(jìn)行老化測(cè)試，從而顯著降低老化和測(cè)試成本，”Erickson 說?！拔覀円呀?jīng)在一個(gè)價(jià)格點(diǎn)上采用了晶圓級(jí)老化部分，基本上使它成為封裝部件測(cè)試的一種具有成本效益的替代方案?！?

由于其卓越的性能，SiC 在包括汽車在內(nèi)的多種功率應(yīng)用中正在取代硅。SiC 的外在故障率對(duì)于汽車行業(yè)來說太高了。這意味著需要在封裝或晶圓級(jí)進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)力或老化測(cè)試。

“碳化硅的嬰兒死亡率可以在成本平價(jià)的情況下實(shí)現(xiàn)，并且使用更多芯片數(shù)量的設(shè)備，或者當(dāng)你使用 200 毫米晶圓時(shí)，它要便宜得多，”埃里克森說。

Aehr 已經(jīng)對(duì)基于 SiC 的商用設(shè)備進(jìn)行了自己的老化測(cè)試，強(qiáng)調(diào)了 V TH存在漂移和穩(wěn)定問題。正如在俄亥俄州立大學(xué)進(jìn)行的SiC MOSFET 可靠性研究中所做的那樣，我們可以看一個(gè) 100 kW 三相逆變器的示例。為了達(dá)到所需的 450–500 A 電流，我們需要并聯(lián)多個(gè)電源設(shè)備，就像在電源模塊中一樣。

由于 V TH不穩(wěn)定問題，當(dāng)逆變器開啟時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電流分布不平衡。具有最低 V TH的設(shè)備將首先開啟，在很短的時(shí)間內(nèi)，直到其他設(shè)備也開啟，它將有非常大的電流流過它。這只是暫時(shí)的，但如果存在顯著差異，則可能是災(zāi)難性的，因?yàn)樵O(shè)備會(huì)過載并停止工作。這就是功率模塊制造商要求/要求具有匹配 V TH和/或 R DS(on)的設(shè)備的原因。

如果你在一個(gè)晶圓或一批封裝零件上查看相同的器件，在老化時(shí)間，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們具有不同的閾值電壓，這對(duì)于化合物半導(dǎo)體來說是一個(gè)大問題。

“最能推動(dòng)我們業(yè)務(wù)發(fā)展的不是嬰兒死亡率本身，而是設(shè)備在裝入包裝之前的穩(wěn)定性，”埃里克森說。“如果你將多個(gè)器件放在一個(gè)封裝中，它們都會(huì)穩(wěn)定在不同的閾值電壓水平，這是一個(gè)問題?！?

除了有助于穩(wěn)定外部故障率的老化測(cè)試外，正柵極應(yīng)力 (HTGB+)、負(fù)柵極應(yīng)力 (HTGB–)、漏極應(yīng)力 (HTRB) 和體二極管應(yīng)力等壓力測(cè)試可讓您實(shí)現(xiàn)所需的汽車和工業(yè)質(zhì)量水平。

在 SiC 和多芯片封裝或模塊中，初始死亡率良率損失線性地取決于每個(gè)芯片的良率損失乘以每個(gè)模塊的芯片數(shù)。因?yàn)榱悸蕮p失的成本遠(yuǎn)大于成本在老化測(cè)試方面，業(yè)界正朝著晶圓級(jí)老化測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。