一种GaN HEMT加速寿命试验方法
技术领域
[0001] 本
发明属于
半导体技术领域，尤其涉及一种GaN HEMT加速寿命试验方法。
背景技术
[0002] 微
电子器件寿命是器件制造商或用户都非常关心的一个可靠性指标，由于GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)是采用第三代半导体材料研制的器件，若仍采用常规的
硅或砷化镓器件的可靠性试验方法来估算氮化镓器件的寿命，则会因试验时间过长，导致外界干扰因素增多，对试验结果产生负面影响；或者因试验条件选择不当，极易对试验结果的可信性产生怀疑。
[0003] 目前，微电子器件加速寿命试验以直流功率或射频加速寿命试验为主要的试验方法。直流功率加速寿命试验由于设备简单、便于实施，在硅、砷化镓、
碳化硅及氮化镓器件的可靠性试验中均有采用。目前的微电子器件加速寿命试验往往只是针对某一特定输出功率的器件进行的试验，然而对于器件制造商，器件往往是按工艺类别进行分类。器件制造商关心的是不同工艺条件对器件可靠性的影响，而用户关心的是某一特定输出功率器件的可靠性。所以，需要一种GaN HEMT寿命试验方法，既能满足用户对某一特定输出功率器件可靠性的判断，又能满足器件制造商对同一类工艺生产的器件可靠性的判断。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明
实施例提供了一种GaN HEMT加速寿命试验方法，通过使用同一个试验工位、不同试验
温度的变化温度试验组，与多个固定温度试验组试验结果进行对比，以解决采用
现有技术中的微电子器件加速寿命试验方法进行GaN HEMT加速寿命试验可信性低问题。
[0005] 本发明实施例的提供了一种GaN HEMT加速寿命试验方法，包括：
[0006] 选取多个相同工艺制备的GaN HEMT器件，并将多个所述GaN HEMT器件进行随机分组，形成至少四个寿命试验组；其中，所述寿命试验组包括一个变化温度试验组和至少三个固定温度试验组；
[0007] 对每个所述固定温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加相同的试验直流功率，并进行电参数测试，得到第一失效数据；其中，每个所述固定温度试验组的试验温度互不相同，所述第一失效数据包括第一失效数和第一
失效时间；
[0008] 对所述变化温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加与所述固定温度试验组相同的所述试验直流功率，并进行电参数测试，得到第二失效数据；其中，所述第二失效数据包括第二失效数和第二失效时间；
[0009] 根据所述试验温度、第一失效数据和第二失效数据，获得温度-寿命曲线。
[0010] 可选的，所述选取多个相同工艺制备的GaN HEMT器件，并将多个所述GaN HEMT器件进行随机分组，形成至少四个寿命试验组之前，所述方法还包括：
[0011] 通过工艺控制图形对相同工艺制备的
晶圆进行测试；
[0012] 对成品率超过预设值的所述工艺制备的晶圆进行装架、键合，形成所述GaN HEMT器件。
[0013] 可选的，所述选取多个相同工艺制备的GaN HEMT器件，并将多个所述GaN HEMT器件进行随机分组，形成至少四个寿命试验组之后，所述方法还包括：
[0014] 根据所述试验温度的最小值设置筛选温度；
[0015] 根据所述试验直流功率设置筛选直流功率；
[0016] 对所述GaN HEMT器件进行电参数筛选测试，得到电参数筛选初始值；
[0017] 对所述GaN HEMT器件按所述筛选直流功率进行恒定直流功率的筛选试验；
[0018] 对经过所述筛选试验的GaN HEMT器件进行电参数测试，得到电参数筛选测试值，去除所述电参数变化率大于电参数
阈值的GaN HEMT器件。
[0019] 可选的，所述筛选
温度控制在所述试验温度的最小值的100％～110％之间；所述筛选直流功率控制在所述试验直流功率的100％～110％。
[0020] 可选的，所述电参数包括最大工作
电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通
电阻、肖特基正向导通
电压和
泄漏电流；其中，所述泄
漏电流包括栅源泄漏电流、栅漏泄漏电流和源漏泄漏电流。
[0021] 可选的，所述电参数阈值为所述最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻或肖特基正向导通电压中任一参数变化率为20％的值，或泄漏电流变化率为1000％的值与试验后的泄漏电流超过1mA/mm栅宽的大者。
[0022] 可选的，所述对每个所述固定温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加相同的试验直流功率，并进行电参数测试，得到第一失效数据，包括：
[0023] 对所述固定温度试验组中的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第一电参数初始值；
[0024] 分别将每个所述固定温度试验组的温度设定到各自相应的试验温度；
[0025] 对每个所述GaN HEMT器件施加相同的试验直流功率；
[0026] 对经过所述试验直流功率处理的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第一电参数测试值；
[0027] 根据所述第一电参数初始值和第一电参数测试值，得到所述GaN HEMT器件的第一失效数据；
[0028] 其中，所述试验温度差递增或递减分布。
[0029] 可选的，所述对所述变化温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加与所述固定温度试验组相同的所述试验直流功率，并进行电参数测试，得到第二失效数据，包括：
[0030] 试验前对所述变化温度试验组中的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数初始值；
[0031] 根据所述固定温度试验组不同的试验温度，按温度递增或递减方式依次调整所述变化温度试验组的温度至所述试验温度；
[0032] 在每个所述试验温度条件下对至少一个所述GaN HEMT器件施加所述试验直流功率；
[0033] 对经过所述试验直流功率处理的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数测试值；
[0034] 根据所述第二电参数初始值和第二电参数测试值，得到所述GaN HEMT器件的第二失效数据。
[0035] 可选的，所述根据所述试验温度、第一失效数据和第二失效数据，获得温度-寿命曲线，包括：
[0036] 根据所述第一失效数据和第二失效数据，分别得到第一累积失效比例和第二累积失效比例；
[0037] 根据所述试验温度、第一累积失效比例和第二累积失效比例，获得温度-寿命曲线。
[0038] 可选的，每个所述固定温度试验组中包括至少5个所述GaN HEMT器件。
[0039] 本发明实施例的有益效果为：本发明实施例通过使用同一个试验工位、不同试验温度的变化温度试验组，与固定温度试验组的试验结果进行对比，验证GaN HEMT加速寿命试验的一致性，提高试验的可信性。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041] 图1是本发明实施例提供的GaN HEMT加速寿命试验方法实现流程示意图；
具体实施方式
[0042] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、
电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0043] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0044] 请参考图1，GaN HEMT加速寿命试验方法，包括：
[0045] 步骤S101，选取多个相同工艺制备的GaN HEMT器件，并将多个所述GaN HEMT器件进行随机分组，形成至少四个寿命试验组，其中，所述寿命试验组包括一个变化温度试验组和至少三个固定温度试验组。
[0046] 在本发明实施例中，由于器件制造商是通过GaN HEMT器件制备工艺进行分类，例如：GaN HEMT器件栅长为0.5μm、栅长为0.25μm等，通过制备不同宽度的栅
电极，获得不同输出功率的GaN HEMT器件。为排除不同制备工艺对GaN HEMT器件寿命的影响，选取相同工艺制备的GaN HEMT器件作为GaN HEMT加速寿命试验的样品，例如：选取多个栅长为0.25μm工艺制备的GaN HEMT器件。将选取的多个GaN HEMT器件进行随机抽样分组，形成至少四个寿命试验组，其中，包括一个变化温度试验组和至少三个固定温度试验组。固定温度试验组是指，将某一个GaN HEMT加速寿命试验工位设定在某一个固定的试验温度，在此固定的试验温度条件下，对GaN HEMT器件施加恒定的试验直流功率，进行加速寿命试验；变化温度试验组是指，对同一个GaN HEMT加速寿命试验工位的试验温度进行多次设定，并在每个不同的试验温度条件下，对GaN HEMT器件施加恒定的试验直流功率，进行加速寿命试验。变化温度试验组通过在同一个试验工位进行不同试验温度的加速寿命试验，能够有效的排除不同试验工位可能存在的工位之间系统误差，并通过与固定温度试验组的试验结果进行对比，验证GaN HEMT加速寿命试验的一致性，提高试验的可信性。
[0047] 可选的，每个所述固定温度试验组中包括至少5个所述GaN HEMT器件。
[0048] 在本发明实施例中，为使本实施例中的GaN HEMT加速寿命试验方法与现有技术中的微电子器件加速寿命试验采用相同评价标准，在每个固定温度试验组中至少包括5个GaN HEMT器件作为平行试验样品。并且在变化温度试验组中，每一个试验温度条件下对至少一个GaN HEMT器件进行试验。
[0049] 可选的，步骤S101之前所述方法还包括：通过工艺控制图形对相同工艺制备的晶圆进行测试；对成品率超过预设值的所述工艺制备的晶圆进行装架、键合，形成所述GaN HEMT器件。
[0050] 在本发明实施例中，通过工艺控制图形(Process Control Monitor，PCM)对相同工艺制备的晶圆进行测试，分析相同批次中的不同晶圆或不同批次中的晶圆测试数据的一致性，以及晶圆的成品率，当通过PCM确定工艺流程受控，且成品率超过预设值时，例如：成品率超过85％，才能够将该工艺制备的晶圆进行装架、键合，形成能够进行加速寿命试验的GaN HEMT器件。采用PCM器件，保证GaN HEMT加速寿命试验能够真实反映工艺情况，且保证工艺可重复性和成品率达到加速寿命试验的要求，排除工艺或材料
缺陷造成的GaN HEMT器件过早失效的情况。
[0051] 可选的，步骤S101之后所述方法还包括：根据所述试验温度的最小值设置筛选温度；根据所述直流功率设置筛选直流功率；对所述GaN HEMT器件进行电参数筛选测试，得到电参数筛选初始值；对所述GaN HEMT器件按所述筛选直流功率进行恒定直流功率的筛选试验；对经过所述筛选试验的GaN HEMT器件进行电参数测试，去除所述电参数变化率大于电参数阈值的GaN HEMT器件。
[0052] 在本发明实施例中，通过筛选试验排除可能存在缺陷的GaN HEMT器件。由于GaN器件属于
宽禁带半导体器件，能够承受300℃以上的
工作温度，若仍按照Si或GaAs器件工作温度进行筛选试验，将导致试验时间过长或无法排除存在缺陷的器件。常规的筛选试验是采用高于器件最高工作温度进行筛选试验，但是很有可能会在正常的器件中引入新的缺陷，从而影响加速寿命试验的准确性。因此，为了避免筛选试验导致GaN HEMT器件产生新的缺陷，根据GaN HEMT加速寿命试验中试验温度的最小值，以及加速寿命试验中器件的应用类型判断器件易产生缺陷的因素是电压或电流，从而设定筛选试验的筛选温度和筛选直流功率。然后，通过8-12小时恒定的筛选直流功率筛选试验，对比筛选试验前后电参数的变化率，去除电参数变化率大于电参数阈值的GaN HEMT器件。筛选试验的淘汰率应控制在5％～10％左右。淘汰率太高说明筛选条件不合适或器件可靠性
水平太差；淘汰率太低同样说明筛选条件不合适或器件的一致性、可靠性太好，可能会造成后续可靠性试验的试验时间过长，会引入过多的外界干扰，对试验可信性同样会产生怀疑，同时可靠性试验的成本也会增大。
[0053] 可选的，所述筛选温度控制在所述试验温度的最小值的100％～110％之间；所述筛选直流功率控制在所述试验直流功率的100％～110％之间。
[0054] 在本发明实施例中，为避免在筛选试验中导致GaN HEMT器件引入新的缺陷，筛选温度等于试验温度的最小值的105％，筛选直流功率等于试验直流功率的105％。
[0055] 可选的，所述电参数包括最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻、肖特基正向导通电压和泄漏电流；其中，所述泄漏电流包括栅源泄漏电流、栅漏泄漏电流和源漏泄漏电流。
[0056] 在本发明实施例中，通过测试最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻、肖特基正向导通电压和泄漏电流在GaN HEMT加速寿命试验前后的变化率，判断GaN HEMT器件是否失效。
[0057] 可选的，所述电参数阈值为所述最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻或肖特基正向导通电压中任一参数变化率为20％的值，或泄漏电流变化率为1000％的值与试验后的泄漏电流超过1mA/mm栅宽的大者。
[0058] 在本发明实施例中，电参数阈值为最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻或肖特基正向导通电压中任一参数变化率20％的值，或泄漏电流变化率1000％的值与试验后的泄漏电流超过1mA/mm栅宽的大者。当GaN HEMT器件的最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻或肖特基正向导通电压中任一参数变化率大于20％，即最大工作电流、源漏饱和电流、跨导、源漏导通电阻或肖特基正向导通电压中任一参数变化大于±20％时，或泄漏电流变化大于±1000％与试验后的泄漏电流超过1mA/mm栅宽的大者时，该GaN HEMT器件失效。泄漏电流变化率为1000％的值与试验后的泄漏电流超过1mA/mm栅宽的大者是指，由于不同器件及不同栅宽PCM的栅宽会不同，为保证判别器件失效标准相同，业内普遍采用1mA/mm栅宽的标准来判断，器件栅宽大(即芯片面积大)，器件泄漏电流也会大。例如：针对1mm栅宽器件，若某一个GaN HEMT器件初始测试泄漏电流为0.6mA，加速寿命试验后的泄漏电流变为1.1mA，虽然泄漏电流变化小于±1000％，但其数值已超1mA/mm栅宽的标准，故判该器件失效；而另一个GaN HEMT器件泄漏电流初始值为零，加速寿命试验后的泄漏电流变为0.001mA，显然变化率超过1000％，但没超1mA/mm栅宽的标准，故不能判该器件失效；若还有一个GaN HEMT初始泄漏电流为0.08mA，加速寿命试验后的泄漏电流变为了0.85mA，虽然该器件试验后的泄漏电流没超过1mA/mm栅宽的标准，但已达到泄漏电流变化率为1000％的判断标准，则该器件应判为失效。当然，业内也有用每毫米栅宽输出功率、工作电流或耗散功率来表征GaN HEMT器件性能的方法。
[0059] 步骤S102，对每个所述固定温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加相同的试验直流功率，并进行电参数测试，得到第一失效数据；其中，每个所述固定温度试验组的试验温度互不相同，所述第一失效数据包括第一失效数和第一失效时间。
[0060] 可选的，步骤S102的具体实现方式为：对所述固定温度试验组中的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第一电参数初始值；分别将每个所述固定温度试验组的温度设定到各自相应的试验温度；对每个所述GaN HEMT器件施加相同的试验直流功率；对经过所述试验直流功率处理的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第一电参数测试值；根据所述第一电参数初始值和第一电参数测试值，得到所述GaN HEMT器件的第一失效数据；其中，所述试验温度差递增或递减分布。
[0061] 在本发明实施例中，首先，将GaN HEMT器件分为四个不同试验温度的固定温度试验组，对固定温度试验组中的GaN HEMT器件进行电参数测试，得到GaN HEMT器件的第一电参数初始值；然后，分别将四个固定温度试验组的温度设定到各自相应的试验温度，例如：将四个固定温度试验组的试验温度分别设定为345℃、330℃、315℃、300℃，每个固定温度试验组中包括5个GaN HEMT器件，相邻两个试验温度的温差为15℃，试验温度的温差应能排除各固定温度试验组试验时，设备偏差对固定温度试验组带来的难以区分的影响，并且能够在不影响试验可靠性的前提下有效缩减试验时间，提高试验效率；其次，对每个GaN HEMT器件施加相同恒定的试验直流功率；再次，对经过试验直流功率处理的GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第一电参数测试值；最后，根据第一电参数初始值和第一电参数测试值，得到GaN HEMT器件的第一失效数和第一失效时间。根据国家标准恒定应
力寿命试验和加速寿命试验方法总则，失效数是指在一个试验周期中失效器件的个数。根据国家标准寿命试验和加速试验试验的图估计法，通过失效数计算得到累积失效比例。失效数、失效时间和累积失效比例的判断和计算方法与现行的加速寿命试验方法国家标准相同，为现有技术，不作为本发明实施例的改进，在此不再赘述。试验周期根据试验温度不同设定周期时长不同，试验温度较高，则试验周期较短，试验温度较低，则试验周期较长。
[0062] 步骤S103，对所述变化温度试验组中的所述GaN HEMT器件施加与所述固定温度试验组相同的所述试验直流功率，并进行电参数测试，得到第二失效数据；其中，所述第二失效数据包括第二失效数和第二失效时间。
[0063] 可选的，步骤S103的具体实现方式为：对所述变化温度试验组中的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数初始值；根据所述固定温度试验组不同的试验温度，按温度递增或递减方式依次调整所述变化温度试验组的温度至所述试验温度；在每个所述试验温度条件下对至少一个所述GaN HEMT器件施加所述试验直流功率；对经过所述试验直流功率处理的所述GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数测试值；根据所述第二电参数初始值和第二电参数测试值，得到所述GaN HEMT器件的第二失效数据。
[0064] 在本发明实施例中，首先，对变化温度试验组中的GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数初始值；然后，根据不同的固定温度试验组的试验温度，按温度递增或递减方式依次调整变化温度试验组的温度至试验温度，例如：将变化温度试验组的试验温度按温度递减的方式，依次调整至345℃、330℃、315℃、300℃；其次，在每个试验温度条件下对至少一个GaN HEMT器件施加与固定温度试验组相同的试验直流功率；再次，对经过试验直流功率处理的GaN HEMT器件进行电参数测试，得到第二电参数测试值；最后，根据第二电参数初始值和第二电参数测试值，得到GaN HEMT器件的第二失效数和第二失效时间，并根据第二失效数计算得到第二累积失效比例。第二失效数、第二失效时间和第二累积失效比例的判断和计算方法与第一失效数、第一失效时间和第一累积失效比例相同。变化温度试验组，使用同一个试验工位进行GaN HEMT加速寿命试验，通过调整该试验工位试验温度条件，对GaN HEMT器件进行加速寿命试验，能够有效的排除不同测试工位可能存在的测试系统误差，并通过与固定温度试验组的试验结果进行对比，验证GaN HEMT加速寿命试验的一致性，提高试验的可信性。
[0065] 步骤S104，根据所述试验温度、第一失效数据和第二失效数据，获得温度-寿命曲线。
[0066] 可选的，步骤S104的具体实现方式为：根据所述第一失效数据和第二失效数据，分别得到第一累积失效比例和第二累积失效比例；根据所述试验温度、第一累积失效比例和第二累积失效比例，获得温度-寿命曲线。
[0067] 在本发明实施例中，首先，根据每个固定温度试验组中的第一失效数计算得到对应的第一累积失效比例；然后，根据第一累积失效比例得到第一中位寿命，中位寿命是指，累积失效比例为50％时的失效时间；其次，根据第一中位寿命与试验温度的倒数得到固定温度试验组的阿伦尼乌斯(Arrhennius)分布曲线；再次，根据变化温度试验组中第二失效数，计算得到第二累积失效比例，并根据第二累积失效比例得到第二中位寿命；最后，将第二中位寿命绘制在固定温度试验组的阿伦尼乌斯(Arrhennius)分布曲线对应的试验温度上，得到GaN HEMT加速寿命试验的温度-寿命曲线。通过变化温度试验组在不同试验温度条件下的第二中位寿命数据点与固定温度试验组的阿伦尼乌斯(Arrhennius)分布曲线重合度判断GaN HEMT加速寿命试验的可信性，如果重合度较高，则说明GaN HEMT加速寿命试验结果具有可信性，如果重合度较低，则说明GaN HEMT加速寿命试验过程中存在问题，需要寻找原因，并重新进行试验。
[0068] 本发明实施例通过使用同一个试验工位、不同试验温度的变化温度试验组，与固定温度试验组的试验结果进行对比，验证GaN HEMT加速寿命试验的一致性，提高试验的可信性。
[0069] 应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0070] 以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
