在本文中，我們將重點介紹老化測試如何幫助評估碳化硅 MOSFET 在晶圓級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主要問題是器件工作期間閾值電壓 (V TH ) 的變化。

老化測試對于檢測半導(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)移到整個半導(dǎo)體晶圓。此外，老化測試用于評估研發(fā)實驗室開發(fā)的新設(shè)備的性能和可靠性。

老化

作為全球領(lǐng)先的老化和測試系統(tǒng)供應(yīng)商，Aehr Test Systems在生產(chǎn)半導(dǎo)體測試和老化系統(tǒng)方面擁有超過 40 年的經(jīng)驗。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)，以及晶圓級老化和測試系統(tǒng)，這些都是本文關(guān)注的關(guān)鍵主題和討論.

碳化硅測試

“我們圍繞晶圓級設(shè)計解決方案的方式專注于我們所說的'不折不扣的測試'，”Erickson 說。

這意味著被測晶圓上的每一個設(shè)備都可以為客戶提供 100% 的可追溯性。測試系統(tǒng)將準(zhǔn)確告訴您在每臺設(shè)備上進(jìn)行了哪些測試以及設(shè)備何時發(fā)生故障。Aehr 提供的測試系統(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老化測試的完整可追溯性，從而確保了解“好”器件。

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

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

FOX(全晶圓測試)平臺包括以下系統(tǒng)配置：

1. FOX-1P：它是一個高度并行的系統(tǒng)，它使用客戶的內(nèi)置自測試來一次測試整個晶圓。這是一種低成本的解決方案，比同類競爭系統(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設(shè)備提供測試模式和電源;

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

FOX-CP 有一個刀片，可提供多達(dá) 2,048 個與探針對接的引腳。

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

FOX-XP 可以有多達(dá) 18 個刀片(18 個晶圓)并聯(lián)，提供多達(dá) 36,864 個測試信號引腳，并類似地處理晶圓和芯片/模塊。

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

“我們的多晶圓系統(tǒng)一次可以對多達(dá) 18 個晶圓進(jìn)行老化測試，從而顯著降低老化和測試成本，”Erickson 說?！拔覀円呀?jīng)在一個價格點上采用了晶圓級老化部分，基本上使它成為封裝部件測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 的外在故障率對于汽車行業(yè)來說太高了。這意味著需要在封裝或晶圓級進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)力或老化測試。

“碳化硅的嬰兒死亡率可以在成本平價的情況下實現(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，它要便宜得多，”埃里克森說。

Aehr 已經(jīng)對基于 SiC 的商用設(shè)備進(jìn)行了自己的老化測試，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 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，可能會出現(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。這只是暫時的，但如果存在顯著差異，則可能是災(zāi)難性的，因為設(shè)備會過載并停止工作。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。

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

“最能推動我們業(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?！叭绻銓⒍鄠€器件放在一個封裝中，它們都會穩(wěn)定在不同的閾值電壓水平，這是一個問題?！?

除了有助于穩(wěn)定外部故障率的老化測試外，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)力等壓力測試可讓您實現(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芯片的良率損失乘以每個模塊的芯片數(shù)。因為良率損失的成本遠(yuǎn)大于成本在老化測試方面，業(yè)界正朝著晶圓級老化測試系統(tǒng)發(fā)展。