Elektronische Bauteile charakterisieren Die Anforderungen ultraschneller I-V-Messverfahren im Bauteiletest

Schnelle Bauteile und verbesserte Testanwendungen: Die Anforderungen an ultraschnelle Quellen/Mess-Möglichkeiten steigen. Testsysteme müssen nicht nur flexibel sondern auch kostengünstig sein.

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Ultraschnelle I-V-Messungen sind im Entwicklungslabor für die Charakterisierung neuer Materialien, Bauteile und Prozesse praktisch ebenso unentbehrlich wie DC-Strom/Spannungs- (I-V-) und Kapazität-Spannungs- (C-V-)Messungen. Bei ultraschnellen I-V-Messungen werden sehr schnelle impulsförmige Signale erzeugt und gemessen, bevor das Testobjekt eine Gelegenheit hat sich zu erholen.

Anfangs wurden schnelle I-V-Testlösungen als Impuls-I-V-Testsysteme bezeichnet. Mit diesen Geräten wurden High-k-Dielektrikas charakterisiert und einen isothermen Test von SOI-Bauteilen (Silicon-On-Insulator). Ebenso konnten Flash-Speicher mit sehr kurzen Impulsen charakterisiert werden. Impuls-I-V-Messverfahren werden eingesetzt, da sich beim Test mit konventionellen DC-I-V-Verfahren die isolierenden Substrate der SOI-Bauteile erwärmen und sich dadurch die Mess-Charakteristik verändert. Die Einsatz gepulster Testsignale minimiert diesen Effekt.

Lange Latenzzeiten nachteilig bei Impuls/Mess-Testsystemen

In der Vergangenheit bestanden sehr schnelle Impuls/Mess-Testsysteme normalerweise aus einem Impulsgenerator, einem mehrkanaligen Oszilloskop, Schnittstellen-Hardware und Software, um die Instrumente zu integrieren und zu steuern. Nachteilig bei diesen Systemen waren die langen Latenzzeiten, welche die Koordinierung von Signalquellen und Messfunktionen kompliziert machten.

Je nach Qualität der Instrumente und der Integration gab es bei diesem Ansatz auch Einschränkungen bei Impulslänge und Tastverhältnis. Trotz dieser Einschränkungen wurde versucht, diese ersten Impuls-I-V-Testsysteme auch für andere Charakterisierungsaufgaben einzusetzen. Als Beispiel sei der Test von nichtflüchtigen Speichern oder ultraschnellen NBTI-Zuverlässigkeitstest. Allerdings blieben diese Systeme auf Grund des eingeschränkten Dynamikbereichs eine Sonderlösung.

I-V-Testsysteme mit großem Dynamikumfang

Um sich auch als allgemein verwendbare Testtechnologie zu eignen, musste die nächste Generation der ultraschnellen I-V-Testsystemen über Quellen und Messinstrumente mit einem sehr großen Dynamikbereich verfügen. Die Quellen müssen ausreichend Spannung liefern, damit Flash-Speicherbauteilen charakterisiert werden können. Sie müssen sehr kleine Spannungen für CMOS-Prozesse liefern können.

In einem CMOS-Prozess hergestellten Embedded-Flash-Bauteil benötigt das Flash-Bauteil zum Programmieren beispielsweise 20 V während die CMOS-Logik mit 3 V arbeitet. Das Testsystem muss beide Spannungsbereiche abdecken. Großer Strombereich, hohe Anstiegszeiten und lange Impulsbreiten sind Voraussetzung. Zudem muss es einfach einzusetzen sein und über ein Verbindungssystem verfügen, das genaue und zuverlässige Ergebnisse gewährleistet.

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