老化测试有助于面对 SiC MOSFET 的不稳定性

在本文中，我们将重点介绍老化测试如何帮助评估碳化硅 MOSFET 在晶圆级的栅极阈值电压的稳定性。众所周知，关于 SiC 功率器件可靠性的一个主要问题是器件工作期间阈值电压 (V TH ) 的变化。

老化测试对于检测半导体设备的早期故障(婴儿死亡率)至关重要，从而提高了组件的可靠性。老化测试通常在封装的器件或模块上进行，现在在离开制造厂之前转移到整个半导体晶圆。此外，老化测试用于评估研发实验室开发的新设备的性能和可靠性。

老化

作为全球领先的老化和测试系统供应商，Aehr Test Systems在生产半导体测试和老化系统方面拥有超过 40 年的经验。正如 Aehr Test Systems 总裁兼首席执行官 Gayn Erickson 在慕尼黑举行的最新一届功率半导体高管峰会上所指出的，半导体器件的质量和可靠性至关重要。

“这方面与某些行业特别相关，例如汽车行业，在 30 年前，客户已经开始要求每百万个缺陷部件数量为单位数的设备，”埃里克森说。

Aehr 提供广泛的测试系统解决方案组合，包括生产和认证封装部件老化系统，以及晶圆级老化和测试系统，这些都是本文关注的关键主题和讨论.

碳化硅测试

“我们围绕晶圆级设计解决方案的方式专注于我们所说的'不折不扣的测试'，”Erickson 说。

这意味着被测晶圆上的每一个设备都可以为客户提供 100% 的可追溯性。测试系统将准确告诉您在每台设备上进行了哪些测试以及设备何时发生故障。Aehr 提供的测试系统可以通过芯片位置(晶圆)或器件 ID 回读(模块)和电子跟踪为客户提供晶圆级老化测试的完整可追溯性，从而确保了解“好”器件。

Aehr 安装了相当多的 FOX 系列晶圆级测试和老化系统，包括 FOX-CP 单晶圆步进、FOX-NP 双晶圆和 FOX-XP，最多允许 18每个测试和老化系统的晶圆。FOX-NP 和 FOX-XP 还支持裸芯片或模块测试和老化应用。

FOX 平台是目前唯一具有电子密度的解决方案，能够在整个晶圆上提供测试分辨率，同时收集每个设备/晶圆的特性和地理位置。

FOX(全晶圆测试)平台包括以下系统配置：

1. FOX-1P：它是一个高度并行的系统，它使用客户的内置自测试来一次测试整个晶圆。这是一种低成本的解决方案，比同类竞争系统便宜得多。

2. FOX-CP、FOX-NP 和 FOX-XP：这些是模块化系统，在不同的配置中共享相同的电子设备。

· 通道模块：此配置使用通道模块为被测设备提供测试模式和电源;

· Blade：此配置包含多达 8 个通道模块，可提供多达 2,048 个活动测试通道。它目前具有业内最高的密度。

FOX-CP 有一个刀片，可提供多达 2,048 个与探针对接的引脚。

FOX-NP 最多可以并联两个刀片(两个晶圆)，提供多达 4,096 个测试信号引脚。客户将他们的晶圆放入“WaferPak”(或芯片或模块放入“DiePak”)，然后装入测试仪。

FOX-XP 可以有多达 18 个刀片(18 个晶圆)并联，提供多达 36,864 个测试信号引脚，并类似地处理晶圆和芯片/模块。

FOX-XP 生产测试和老化系统如下所示。该系统允许您同时测试 18 个 SiC 晶圆，并可配置用于 SiC 栅极、漏极和体二极管压力测试。

“我们的多晶圆系统一次可以对多达 18 个晶圆进行老化测试，从而显着降低老化和测试成本，”Erickson 说。“我们已经在一个价格点上采用了晶圆级老化部分，基本上使它成为封装部件测试的一种具有成本效益的替代方案。”

由于其卓越的性能，SiC 在包括汽车在内的多种功率应用中正在取代硅。SiC 的外在故障率对于汽车行业来说太高了。这意味着需要在封装或晶圆级进行扩展应力或老化测试。

“碳化硅的婴儿死亡率可以在成本平价的情况下实现，并且使用更多芯片数量的设备，或者当你使用 200 毫米晶圆时，它要便宜得多，”埃里克森说。

Aehr 已经对基于 SiC 的商用设备进行了自己的老化测试，强调了 V TH存在漂移和稳定问题。正如在俄亥俄州立大学进行的SiC MOSFET 可靠性研究中所做的那样，我们可以看一个 100 kW 三相逆变器的示例。为了达到所需的 450–500 A 电流，我们需要并联多个电源设备，就像在电源模块中一样。

由于 V TH不稳定问题，当逆变器开启时，可能会出现电流分布不平衡。具有最低 V TH的设备将首先开启，在很短的时间内，直到其他设备也开启，它将有非常大的电流流过它。这只是暂时的，但如果存在显着差异，则可能是灾难性的，因为设备会过载并停止工作。这就是功率模块制造商要求/要求具有匹配 V TH和/或 R DS(on)的设备的原因。

如果你在一个晶圆或一批封装零件上查看相同的器件，在老化时间，你会发现它们具有不同的阈值电压，这对于化合物半导体来说是一个大问题。

“最能推动我们业务发展的不是婴儿死亡率本身，而是设备在装入包装之前的稳定性，”埃里克森说。“如果你将多个器件放在一个封装中，它们都会稳定在不同的阈值电压水平，这是一个问题。”

除了有助于稳定外部故障率的老化测试外，正栅极应力 (HTGB+)、负栅极应力 (HTGB–)、漏极应力 (HTRB) 和体二极管应力等压力测试可让您实现所需的汽车和工业质量水平。

在 SiC 和多芯片封装或模块中，初始死亡率良率损失线性地取决于每个芯片的良率损失乘以每个模块的芯片数。因为良率损失的成本远大于成本在老化测试方面，业界正朝着晶圆级老化测试系统发展。