测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种测试装置及测试方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的不断发展，半导体器件的特征尺寸不断减小，集成度不断提高，器件的可靠性要求也越来越高。现有器件烧毁试验技术方案主要为在器件烧毁试验之后使用显微镜等手段观察器件内部烧毁情况，这种方法的缺点是无法得知器件在烧毁的一瞬间损坏的动态情况，仅能在试验过后对器件进行分析。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明设计了一种测试装置及测试方法，能够在烧毁实验过程中对被测件内部进行实时拍摄，准确分析元器件的烧毁位置。
4.一种测试装置，包括：
5.过激励模块，用于为被测件提供极端工作条件，以使得被测件在烧毁实验过程中被烧毁；高速摄像模块，用于在烧毁实验过程中对被测件内部进行实时拍摄。
6.在其中一个实施例中，过激励模块包括射频信号源、功率放大器和直流电源。其中，射频信号源的输出端与功率放大器的输入端相连，射频信号源用于给功率放大器提供输入射频信号。功率放大器的输出端与被测件相连接，用于将输入射频信号放大后提供至该被测件。直流电源与被测件相连，用于向该被测件提供直流电压和直流电流。
7.在其中一个实施例中，过激励模块还包括定向耦合器、衰减器、输入功率计、输出功率计和工控机。定向耦合器包括输入端、耦合输出端和直通输出端，定向耦合器的输入端与功率放大器的输出端相连，定向耦合器用于将功率放大器放大后的射频信号分离成两路，并分别经由耦合输出端和直通输出端输出；定向耦合器的耦合输出端与输入功率计相连，定向耦合器的直通输出端与被测件相连。衰减器的输入端与被测件相连，衰减器的输出端与输出功率计相连；工控机连接输入功率计、输出功率计和直流电源，该工控机用于监测和记录实时的射频信号的射频功率和直流电流数据。
8.在其中一个实施例中，测试装置还包括光源模块，光源模块用于向被测件提供照明光线。
9.在其中一个实施例中，所述光源模块包括脉冲激光光源，所述照明光线包括单一波长的照明光线；所述测试装置还包括控制模块，所述控制模块与所述高速摄像模块及所述光源模块均相连接，用于同步所述高速摄像模块和所述光源模块，使所述高速摄像模块的拍摄帧率与所述光源模块的频率保持一致。
10.在其中一个实施例中，光源模块包括控制器、激光器、光纤和扩束镜。其中，控制器通过通讯线缆分别连接激光器的控制端和控制模块；激光器的输出端连接光纤，光纤的输出口位于该扩束镜内，该扩束镜的镜头外侧嵌有钢化玻璃。
11.在其中一个实施例中，高速摄像模块包括高速相机及长焦镜头；控制模块分别与
该高速相机和控制器相连；该高速相机与该控制器实现脉冲同步；被测件位于该高速相机的成像光路上；长焦镜头安装在高速相机上并位于该高速相机与被测件之间。
12.在其中一个实施例中，高速摄像模块还包括滤波片，滤波片位于长焦镜头与被测件之间。
13.进一步地，高速摄像模块还包括相机调节支架，所述高速相机安装在该相机调节支架上。
14.一种采用如上述任一方案所述的测试装置的测试方法，包括以下内容：
15.使用所述过激励模块激励被测件，对所述被测件进行烧毁实验，使得所述被测件被烧毁；在所述被测件烧毁瞬间，通过所述高速相机完成拍摄录制过程，完成画面捕捉。
16.进一步地，使用所述过激励模块激励被测件，对所述被测件进行烧毁实验，使得所述被测件被烧毁包括：采用过电压方式，加大所述过激励模块中的直流电源的电压，直至所述被测件被烧毁。
17.进一步地，使用所述过激励模块激励被测件，对所述被测件进行烧毁实验，使得所述被测件被烧毁包括：采用过激励射频信号方式，加大所述过激励模块中的射频信号源输入射频信号，直至所述被测件被烧毁。
18.本发明的测试装置及测试方法具有如下有益效果：
19.本发明的测试装置使用过激励模块激励，对被测件进行烧毁实验，使得被测件被烧毁，在被测件烧毁瞬间，通过高速摄像模块能够清晰拍摄到烧毁瞬间的元器件的状况，拍摄录制烧毁过程，完成画面捕捉。
20.通过在摄像装置的长焦镜头与被测件之间设置滤波片，即使在烧毁瞬间产生大量白光时，也能清晰拍摄照片，准确分析元器件的烧毁位置，获得器件动态失效过程，帮助更好地分析半导体器件的失效模式。
21.通过增设光源模块，光源模块可以向被测件提供照明光线，可以为摄像装置提供充足的照明，能够进一步提高拍摄的清晰度。
附图说明
22.图1是本发明一个实施例中测试装置整体结构图。
23.图2是本发明一个实施例中过激励模块结构图。
24.图3是本发明一个实施例中光源模块结构图。
25.图4是本发明一个实施例中高速摄像模块结构图。
26.附图标记说明：
27.10、控制模块；20、过激励模块；30、光源模块；40、高速摄像模块；50、载物台；21、射频信号源；22、功率放大器；23、定向耦合器；24、被测件；25、衰减器；26、输入功率计；27、输出功率计；28、直流电源；29、工控机；31、控制器；32、激光器；33、光纤；34、扩束镜；41、高速相机；42、长焦镜头；43、滤波片；44、相机调节支架。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.随着半导体技术的不断发展，半导体器件的特征尺寸不断减小，集成度不断提高，器件的可靠性要求也越来越高。现有器件烧毁试验技术方案主要为在器件烧毁试验之后使用显微镜等手段观察器件内部烧毁情况，这种方法的缺点是无法得知器件在烧毁的一瞬间损坏的动态情况，仅能在试验过后对器件进行分析。
36.本发明设计了一种测试装置及测试方法，能够在烧毁实验过程中对被测件内部进行实时拍摄，准确分析元器件的烧毁位置。
37.图1为一个实施例中测试装置整体结构图。如图1所示，测试装置包括：过激励模块20，所述过激励模块20用于为被测件24提供极端工作条件，以使得所述被测件24在烧毁实验过程中被烧毁；高速摄像模块40，所述高速摄像模块40用于在烧毁实验过程中对所述被测件24内部进行实时拍摄。
38.如图2所示，在一个实施例中，所述过激励模块20包括射频信号源21、功率放大器22和直流电源28；其中，所述射频信号源21的输出端与所述功率放大器22的输入端相连，所述射频信号源21用于给所述功率放大器22提供输入射频信号，射频信号即射频信号源21输出的信号，也是所述被测件24所需要的输入信号，射频信号大小的表征参数为射频功率；所述功率放大器22的输出端与所述被测件24相连接，用于将所述输入射频信号放大后提供至所述被测件24，使被测件24达到正常驱动所需要的额定输入功率；所述直流电源28与被测件24相连、用于给所述被测件24提供直流电压和直流电流。所述被测件24的栅极接所述直流电源28的电压vgg，漏极接所述直流电源28的电压vdd，源极接所述直流电源28的地线。
39.继续参阅图2，在一个实施例中，所述过激励模块20还包括定向耦合器23、衰减器25、输入功率计26、输出功率计27和工控机29。
40.所述定向耦合器23包括输入端、耦合输出端和直通输出端，所述定向耦合器23的输入端与所述功率放大器22输出端相连，所述定向耦合器23用于将所述功率放大器22放大后的所述射频信号分离成两路，并分别经由所述耦合输出端和所述直通输出端输出；所述定向耦合器23的耦合输出端与所述输入功率计26相连，所述定向耦合器23的直通输出端与所述被测件24相连。所述衰减器25的输入端与所述被测件24相连，所述衰减器25的输出端与所述输出功率计27相连，所述衰减器25用于控制所述被测件24输出信号的功率，避免功率过大烧毁所述输出功率计27。所述工控机29连接所述输入功率计26、所述输出功率计27和所述直流电源28，所述工控机29安装有功率计和直流电源的监控软件，用于监测和记录实时射频功率和直流电压和直流电流的数据。记录实时射频功率是为了确定被测件24的工作状态，保证在烧毁前，被测件24是能正常工作的。
41.如图1所示，在一个实施例中，测试装置还包括光源模块30，该光源模块30用于向所述被测件24提供照明光线。
42.在一个实施例中，所述光源模块30可以包括但不仅限于脉冲激光光源；所述光源模块30向被测件24提供的照明光线可以包括但不仅限于单一波长的照明光线，譬如单一波长的激光。
43.继续参阅图1，在一个实施例中，测试装置包括控制模块10，所述控制模块10安装有光源软件与相机控制软件，且所述控制模块10与所述高速摄像模块40及所述光源模块30均相连接，所述控制模块10用于同步所述高速摄像模块40和所述光源模块30，使所述高速摄像模块40的拍摄帧率与所述光源模块30的频率保持一致，从而保证拍摄的同时光源能够照亮被测件。
44.如图3所示，在一个实施例中，所述光源模块30包括控制器31、激光器32、光纤33和扩束镜34。其中，所述控制器31作为光源模块30的总开关，通过通讯线缆分别连接所述激光器32的控制端和所述控制模块10；所述激光器32的输出端连接所述光纤33的输入口，所述光纤33的输出口位于所述扩束镜34内以用于聚焦到被测件24上提供光源，从而提高拍摄的画面质量。
45.具体地，所述扩束镜34通过机械手固定在所述被测件24的斜上方，从侧面提供光源。
46.进一步地，所述扩束镜34的镜头外侧嵌有钢化玻璃，防止被测件烧毁爆炸时飞溅的碎片刮花镜头。
47.如图4所示，在一个实施例中，所述高速摄像模块40包括高速相机41及长焦镜头42；所述控制模块10分别连接所述高速相机41和所述控制器31；所述高速相机41与所述控制器31实现脉冲同步；具体地，所述高速相机41通过相机线缆与所述控制模块10相连接，所述控制模块10通过通讯线缆与所述控制器31相连接，以实现控制所述高速相机41与所述控制器31脉冲同步；所述被测件24位于所述高速相机41的成像光路上；所述长焦镜头42安装在所述高速相机41上，并位于所述高速相机41与所述被测件24之间。
48.具体地，所述高速摄像模块40中的高速相机41与所述控制模块10相连接。继续参阅图4，在一个实施例中，所述高速摄像模块40还包括滤波片43，所述滤波片43位于所述长焦镜头42与所述被测件24之间。因器件在烧毁时会产生大量白光，加装所述滤波片43以过滤其他波长光，仅通过单一波长光，使所述高速相机41能够拍摄到清晰的器件内部画面。
49.具体地，所述滤波片43仅能通过所述光源模块30提供的单一波长的照明光线，从而可以将其他光线滤除掉。
50.进一步地，所述长焦镜头42以可拆卸的方式安装在所述高速相机41上。
51.继续参阅图4，在一个实施例中，所述高速摄像模块40还包括相机调节支架44，所述高速相机41安装在所述相机调节支架44上，所述被测件24置于可全方位移动的载物台上使被测件24能够出现在所述高速相机42的视野中。
52.进一步地，所述高速相机41以可拆卸的方式安装在所述相机调节支架44上。
53.具体地，拍摄的图像尺寸选取要依据高速相机镜头和相机本身性能进行选择。拍摄的图像尺寸与拍摄帧率相互影响，通常拍摄帧率越高，拍摄视野越窄，图像尺寸越小。在一个实施例中，拍摄帧率设置为50000fps、拍摄分辨率为512
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512、曝光时间为1μs。当然，在其他实施例中，镜头和相机可以为其他所有能满足拍摄需要的相机和镜头，不限于这种高速相机和长焦镜头。
54.在其中一个实施例中，镜头与被测件的距离要依据高速相机镜头和相机本身性能进行确定，以确保相机能够清晰拍摄被测件。
55.具体地，镜头与被测件的距离设置为5cm
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15cm，实际拍摄时需要观察内部键合丝、微观结构等的变形和烧毁情况，因此实际拍摄时具体可以根据需求将镜头与被测件的距离设置为5cm、8cm、10cm、12cm和15cm，在其他实施例中，所有满足拍摄需求的距离均受本发明所保护。
56.此外，本发明还设计了一种采用如上述任一方案所述的测试装置的测试方法，包括以下内容：
57.使用所述过激励模块20激励被测件，对所述被测件24进行烧毁实验，使得所述被测件24被烧毁；在所述被测件烧毁瞬间，通过所述高速相机41完成拍摄录制过程，完成画面捕捉。
58.在其中一个实施例中，使用所述过激励模块20激励所述被测件24，对所述被测件24进行烧毁实验，使得所述被测件24被烧毁之前，测试方法包括实验前的准备工作，具体包括如下步骤：
59.(1)配置过激励模块20；开始应力前，在工控机29上配置功率计与直流电源监控软件，设置射频信号源21的工作频率及幅值，调节直流电源28使被测件在实验刚开始时处于正常工作状态；
60.(2)开始应力时，先打开直流电源28的电压输出开关，再打开射频信号源21的射频信号输出开关，开启工控机29的功率计与直流电源监控软件，待读数稳定后记录输入输出射频功率、直流电压和直流电流的数据。记录射频功率是为了确定被测件24的工作状态，保证器件在烧毁前是可以正常工作的；
61.(3)进行烧毁实验前，启动光源模块30、启动高速相机模块40；
62.(4)配置控制模块10上的光源软件与相机控制软件，调整光源软件与相机控制软件信号同步；
63.(5)调整光纤33在扩束镜34中的位置使得产生的光斑能够聚焦整个器件内部，提供充足照明；
64.(6)调节载物台50的高度，使高速相机41能够对焦器件内部，能够清晰拍摄器件内部结构。配置完成后使相机持续捕捉器件内部画面。
65.在其中一个实施例中，使用所述过激励模块20激励所述被测件24，对所述被测件24进行烧毁实验，使得所述被测件24被烧毁包括：采用过电压方式，加大所述过激励模块20中的直流电源28的电压(vdd)，直至所述被测件24被烧毁，即当所述被测件24的源漏电压(源极和漏极电压差)足够大时，所述被测件24被烧毁。
66.在其中一个实施例中，使用所述过激励模块20激励所述被测件24，对所述被测件24进行烧毁实验，使得所述被测件24被烧毁包括：采用过电压方式，加大所述过激励模块20中的直流电源28的电压(vgg)，直至所述被测件24被烧毁，即当所述被测件24的栅源电压(栅极和源极电压差)足够大时，所述被测件24被烧毁。
67.在其中一个实施例中，使用所述过激励模块20激励所述被测件24，对所述被测件24进行烧毁实验，使得所述被测件24被烧毁包括：采用过激励射频信号方式，加大所述过激励模块20中的射频信号源21的输入射频信号，直至所述被测件24被烧毁。
68.在其中一个实施例中，本发明所述的测试装置搭配后期分析软件进行逐帧分析，使测试结果可以反复重现，方便研究人员多次分析被测件失效情况。
69.上述测试装置及测试方法，通过使用过激励模块激励，对被测件进行烧毁实验，使得被测件被烧毁，在被测件烧毁瞬间，通过高速摄像模块能够清晰拍摄到烧毁瞬间的元器件的状况，拍摄录制烧毁过程，完成画面捕捉；通过在摄像装置的长焦镜头与被测件之间设置滤波片，即使在烧毁瞬间产生大量白光时，也能清晰拍摄照片，准确分析元器件的烧毁位置，获得器件动态失效过程，帮助更好地分析半导体器件的失效模式；通过增设光源模块，光源模块可以向被测件提供照明光线，可以为摄像装置提供充足的照明，能够进一步提高拍摄的清晰度。本发明克服了当前分析设备仅能静态和间接反映半导体器件烧毁位置的缺点，为研究人员提供高效便捷直观的试验结果。
70.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。