DE60320171T2

DE60320171T2 - Verfahren zum Detektieren von Fehlern in elektronischen Bauteilen, basierend auf Ruhestrom-Messungen

Info

Publication number: DE60320171T2
Application number: DE60320171T
Authority: DE
Inventors: Hans Manhaeve; Piet De Pauw
Original assignee: Q-STAR TEST NV; Star Test N V Q
Current assignee: Q-STAR TEST NV; Star Test N V Q
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2023-05-24
Also published as: ATE391927T1; US7315974B2; DE60320171D1; US20040006731A1

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Testen von mikroelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise CMOS-Bauelementen, durch Überwachen des „Ruhestroms" I_DDQ für eine Reihe von Testvektoren, die auf den Prüfling angewendet werden.
Stand der Technik
Beim Überwachen des I_DDQ handelt es sich um eine häufig angewendete Technik für die Fehlererkennung bei mikroelektronischen Bauelementen. Ein Prüfling (DUT – Device under Test) wird einer vorgegebenen Reihe von Testvektoren unterzogen, bei denen es sich im Grunde um digitale Eingangswerte handelt, die bei jedem Impuls der Betriebstaktfrequenz an den DUT angelegt werden. Der DUT nimmt einen Anschlussstrom auf, der durch eine Anschlussspannung V_DUT erzeugt wird. Das Umschalten des DUT, das in den meisten Fällen mit einer „aktiven" (ansteigenden oder fallenden) Flanke des Taktsignals verbunden ist, wird von einem plötzlichen Spitzenwert beim Anschlussstrom begleitet, der auf mehrere Ampere oder höher ansteigen kann. Nach einem solchen Spitzenwert kehrt der Strom wieder auf einen niedrigen Pegel zurück (in der Regel nicht mehr als 10 mA), der als „Ruhestrom" I_DDQ bezeichnet wird. Dieser Pegel steht für die Qualität der Komponenten auf dem DUT. Die I_DDQ-Pegel müssen bei vorgegebenen DUT-Betriebsbedingungen (Temperatur, Spannung) innerhalb enger Grenzen bleiben: So zeigt insbesondere ein plötzlicher (vektorbezogener) Anstieg von I_DDQ das Versagen von Komponenten an.
Bestehende I_DDQ-Überwachungsvorrichtungen beruhen auf diesem Grundprinzip: Diese Überwachungsvorrichtungen messen den I_DDQ-Pegel, vergleichen ihn mit einem vorher festgelegten Pegel und geben ein Pass- oder Fail-Signal aus, das angibt, ob der DUT ordnungsgemäß funktioniert oder nicht. Die meisten Überwachungsvorrichtungen ermöglichen zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise die Ausgabe des I_DDQ-Wertes, die Messung von Stromsignaturen oder die Bewertung von Delta-I_DDQ-Werten. Dies bedeutet, dass nachfolgende I_DDQ-Werte subtrahiert und mit einem Referenzwert für diesen Delta-Wert verglichen werden.
Ein Problem bei diesen standardmäßigen Techniken, insbesondere der festen Referenz, besteht darin, dass I_DDQ-Werte zwischen einzelnen Bauelementen und sogar zwischen Bauelementen der gleichen Art variieren können. Dadurch wird es schwierig, einen festen Referenzpegel für eine bestimmte Art von Bauelement festzulegen: Es ist möglich, dass die Referenz bei einigen Bauelementen von den gemessenen I_DDQ-Pegeln beinahe erreicht oder sogar überschritten wird, obwohl an dem geprüften Bauelement kein Fehler auftritt. Das Gleiche gilt für Delta-I_DDQ-Werte, die bei einem Bauelement, das im Durchschnitt einen höheren I_DDQ-Pegel aufweist, höher sein können als bei einem Bauelement der gleichen Art mit einem niedrigeren durchschnittlichen I_DDQ. Eine Lösung für die oben aufgeführten Probleme könnte darin bestehen, die Annahmekriterien auszuweiten. Diese Methode weist jedoch den Nachteil auf, dass sich die Effizienz der Bauelementüberprüfung verringert, wodurch Ausschussteile als solche nicht mehr richtig identifiziert werden können.
Hinsichtlich der Größe von Komponenten geht der Trend bei heutigen integrierten Schaltungen immer weiter in den Submikrometerbereich. Dies führt zu einem verstärkten Rest-Kriechstrom. Das Resultat davon ist, dass der I_DDQ aus diesem großen, nicht fehlerbezogenen Reststrom und einem geringen fehlerbezogenen Strom besteht. Für IC-Technologien im Submikrometerbereich kann der durch einen IC-Fehler (Kurzschluss, Überbrückungsfehler, Öffnung, Gate-Oxidleck, ...) entstehende Strom in vielen Fällen sehr gering werden, z. B. unter 1 μA liegen. Andererseits ist bei einem Ver gleich der ICs miteinander die Schwankung des Reststroms der verschiedenen Transistoren auf der integrierten Schaltung groß.
Diese Schwankungen des Reststroms sind auf Prozessabweichungen zurückzuführen, die weitgehend alle Transistoren auf der integrierten Schaltung beeinflussen. Beispiele hierfür sind die Festlegung der Gate-Länge, die Dotierstoffkonzentration unter dem Gate usw. Bei einem IC-Prozess im Submikrometerbereich (z. B. CMOS 0,13 μm), der für die Herstellung einer integrierten Schaltung mit einer großen Anzahl von Transistoren (1 Million oder mehr) verwendet wird, kann die Schwankung des IC-Reststroms um mehrere Größenordnungen größer sein als der von einem einzigen IC-Fehler verursachte Kriechstrom.
Dadurch können Schaltungen im Submikrometerbereich keine absolute Kriechstrompegel dafür benutzen, „brauchbare ICs" von „fehlerhaften ICs" zu trennen.
Der relevanteste Stand der Technik ist hier zu finden:

– Y. Okuda: „Eigen Signatures for Regularity-Based I_DDQ Testing", Proceedings of the VLSI Test Symposium 2002, S. 289–294 (ISBN 0-7695-1570-3)
– P. Maxwell et al.: „Current Ratios: A Self-Scaling Technique for Production I_DDQ Testing", Proceedings of the International Test Conference ITC'99, Beitrag 28.4, S. 738–746
– B. Kruseman et al.: „The Future of Delta-I_DDQ Testing", Proceedings of the International Test Conference ITC'2001, S. 101–110

Die Patentschrift US 5889409 offenbart ein Verfahren für das Erkennen von Fehlern in einem Halbleiterbauelement durch Ermitteln des Verhältnisses des Ruhestroms des Bauelements zum Ruhestrom einer kleinen Stichprobe des Bauelements, die für das gesamte Bauelement steht.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1.
Die Pass- oder Fail-Entscheidung wird vorzugsweise auf der Grundlage getroffen, ob das Ergebnis der Division in einem Wertebereich liegt, der die relative I_DDQ-Referenz umfasst, oder nicht.
Bei der relativen I_DDQ-Referenz kann es sich um eine vektorbezogene Referenz handeln. Die vektorbezogene Referenz lässt sich durch die folgenden Schritte ermitteln:

– Entnehmen einer Zufalls-Produktionsstichprobe von mikroelektronischen Bauelementen der gleichen Art,
– für jedes Bauelement der Stichprobe: Messen des I_DDQ-Wertes für einen gegebenen Referenz-Testvektor und Messen des I_DDQ-Wertes für alle anderen I_DDQ-Testvektoren,
– für jedes Bauelement der Stichprobe: Berechnen des relativen I_DDQ-Wertes jeder I_DDQ-Messung durch Dividieren jeder Messung durch den I_DDQ-Wert, der zu dem gewählten Referenzvektor gehört,
– für jeden I_DDQ-Vektor bei allen Bauelementen der Stichprobe: Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma der relativen I_DDQ-Werte,
– für jeden I_DDQ-Vektor bei allen Bauelementen der Stichprobe: Weglassen aller außerhalb liegenden relativen I_DDQ-Messungen,
– für jeden I_DDQ-Vektor: Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma der relativen I_DDQ-Werte ohne die außerhalb liegenden relativen I_DDQ-Messungen, wodurch die vektorbezogene Referenz ermittelt wird.

Die relative I_DDQ-Referenz kann auch 1 betragen, und in diesem Fall könnte der Annahmebereich [0,9; 1,1] sein.
Gemäß einer bestimmten Ausführungsform wird für eine Anzahl mikroelektronischer Bauelemente die relative I_DDQ-Referenz aus einer grafischen Darstellung gewonnen, die den maximalen gemessenen I_DDQ-Pegel als Funktion des minimalen gemessenen I_DDQ-Pegels zeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Messwert auch mit einer absoluten (Vorgabe-)I_DDQ-Referenz verglichen, und bei der Pass- oder Fail-Entscheidung handelt es sich um ein kombiniertes Ergebnis aus beiden Vergleichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine grafische Darstellung, die absolute I_DDQ-Stromwerte für drei Bauelemente und eine Anzahl von Testvektoren umfasst.
Die 2a, 2b und 2c zeigen die I_DDQ-Verhältnisse der Vektoren zum ersten Vektor (relative I_DDQ-Werte) für die drei Bauelemente aus 1.
3 zeigt absolute I_DDQ-Pegel für 20 brauchbare Bauelemente eines bestimmten Prüfloses.
4 zeigt die I_DDQ-Verhältnisse der Vektoren zum ersten Vektor für die zwanzig Bauelemente aus 3 in Abhängigkeit von der Bauelementnummer für mehrere Testvektoren (jede Kurve stellt einen Testvektor dar).
5 zeigt die I_DDQ-Verhältnisse der Vektoren zum ersten Vektor für die zwanzig Bauelemente aus 3 in Abhängigkeit von der Vektornummer (jede Kurve stellt ein Bauelement dar).
6 stellt eine vergrößerte Ansicht von 5 dar.
7 stellt die Minimum-Maximum-Kurve einer Bauelement-Charge dar, die den maximalen I_DDQ-Pegel als Funktion des minimalen I_DDQ-Pegels zeigt, wobei jeder Punkt ein Bauelement der Charge darstellt.
8 zeigt die grafische Darstellung aus 7 ohne die Ausreißerpunkte.
9 zeigt mehrere Ausreißerpunkte aus 7, die auf versagende Bauelemente hindeuten.
10 ist gleichermaßen eine grafische Minimum-Maximum-Darstellung für eine Bauelement-Charge.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine neuartige Bewertung von I_DDQ-Messungen. Das Verfahren wird als „relativer I_DDQ" bezeichnet. Bei einer Reihe von I_DDQ-Messungen, die in Bezug zu einer Reihe von Testvektoren durchgeführt wurden, wird das Verhältnis jedes Messwertes zu einer Referenz oder einem vorherigen Wert berechnet und in Bezug auf einen Referenzwert (beispielsweise 1) bewertet. Zusätzlich dazu werden die Messwerte vorzugsweise auch mit einem auf die Vorgabe bezogenen Grenzwert verglichen. Auf diese Weise werden Bauelemente ausgesondert, weil sie entweder einen Fehler aufweisen oder nicht den Anforderungen der Vorgabe entsprechen.
Dieses Verfahren ist nicht von einer festen Referenz des I_DDQ-Pegels abhängig. Differenzen beim I_DDQ-Pegel, die beispielsweise auf hohen Reststrom zurückzuführen, jedoch kein Anzeichen für ein Versagen von Komponenten auf einem bestimmten DUT sind, werden an sich nicht erfasst. Schwankungen zwischen nachfolgenden I_DDQ-Messwerten auf einem DUT sind vorzugsweise auch ausreichend eingeschränkt, damit dieses Verfahren benutzt werden kann. Dies trifft insbesondere infolge der so genannten „Matching-Theorie" zu, die ein Phänomen betrifft, das bei neuen mikroelektronischen Bauelementen zunehmend angewendet und bei den meisten analogen Schaltungsentwürfen ausgenutzt wird.
Die höhere Anzahl der Transistoren pro IC führt zu einer besseren Übereinstimmung des IC-Kriechstroms in den verschiedenen Zuständen der integrierten Schaltung. Diese Auswirkung führt bei einer integrierten Schaltung zu einer geringeren I_DDQ-Schwankung zwischen den Vektoren.
Dieses Ausmaß der Übereinstimmung lässt sich jedoch nicht zwischen einer Komponente auf einem Bauelement und einer ähnlichen Komponente auf einem anderen Bauelement erreichen. Daher wird die Differenz beim I_DDQ-Pegel zwischen Testvektoren auf dem gleichen Bauelement in der Regel immer geringer, so dass der „relative I_DDQ" immer näher bei 1 liegt. Jede plötzliche Abweichung von diesem Wert zeigt sofort ein Versagen an. Der Vorteil der relativen Methode wird durch die Betrachtung des nachfolgenden Beispiels verständlich. Eine Charge aus brauchbaren IC-Bauelementen kann I_DDQ-Pegel aufweisen, die von 10 μA bis 300 μA reichen. Ein absoluter I_DDQ-Annahmegrenzwert sollte daher bei mindestens 300 μA liegen, was bedeutet, dass der fehlerbezogene I_DDQ-Gesamtstrom eines Prüflings, d. h. der Kriechstrom plus der tatsächliche Fehlerstrom, größer als 300 μA sein muss, bevor ein Fail-Signal ausgegeben wird. Geringere Fehlerströme werden nicht erfasst. Man könnte ein System entwickeln, bei dem ein Annahmegrenzwert eingeführt wird, der von dem geprüften Bauelement abhängig ist, wobei es jedoch schwierig wäre, einen solchen Grenzwert zu definieren, bevor man weiß, ob das Bauelement brauchbar oder unbrauchbar ist.
Bei dem relativen Verfahren wird jeder I_DDQ-Pegel beispielsweise durch den I_DDQ eines gegebenen Vektors (beispielsweise des ersten Testvektors) dividiert. Wenn die Matching-Theorie eingesetzt werden kann, liegen die Pegel dieser relativen I_DDQ-Werte bei jedem Bauelement der Charge nahe bei 1.
Es sei angenommen dass bei einem ersten Testvektor ein erstes Bauelement einen I_DDQ-Pegel von 10 μA und ein anderes Bauelement einen I_DDQ-Pegel von 100 μA aufnimmt, wobei es sich bei beiden um brauchbare Bauelemente handelt. Es sei angenommen, dass ein zweiter Testvektor einen Fehler in dem ersten Bauelement aktiviert, der zu einem einen Fehler anzeigenden Pegel von 15 μA bei dem ersten Bauelement führt, während keinen Fehler anzeigende Pegel für dieses Bauelement im Bereich von 9–11 μA liegen. Ein absoluter Annahmepegel für diese Art von Bauelement müsste mindestens 100 μA (bei dem zweiten Bauelement) betragen, so dass die fehlerhaften 15 μA nicht erfasst würden. Die erfindungsgemäße relative Methode würde einen relativen I_DDQ-Pegel von 1,5 ergeben, der sofort erfasst werden würde, da er den normalen Annahmebereich von 0,9 bis 1,1 übersteigt. Dies veranschaulicht die Einsatzmöglichkeiten der relativen Methode.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich gleichermaßen zum Ermitteln einer so genannten relativen I_DDQ-Signaturmessung einsetzen. Dies kann der Fall sein, wenn die Matching-Theorie nicht gilt, wie beispielsweise bei einem Bauelement, das sowohl digitale als auch analoge Bestandteile enthält. In diesem Fall kann es sich bei dem gemessenen Strom um eine Kombination aus Kriechstrom (aus dem digitalen Bestandteil) und Wirkstrom (aus dem analogen Bestandteil) handeln, wobei der Wirkstrom eine Funktion des angewendeten Testvektors ist. Dies würde bedeuten, dass bei einigen Vektoren ein geringer I_DDQ als „gut" betrachtet werden müsste, während bei anderen Vektoren ein hoher Annahmepegel in Betracht gezogen werden müsste. Dies kann in die relative I_DDQ-Messung integriert werden, indem eine vektorabhängige relative I_DDQ-Referenz oder ein „goldenes Referenzbauelement" ermittelt wird, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird.
Zwei bestimmte Ausführungsformen sind hinsichtlich der Art und Weise, auf die der relative I_DDQ-Wert berechnet wird, zu beachten:

– „Vektor zu Vektor": hier wird jeder I_DDQ-Messwert durch den vorhergehenden I_DDQ-Wert dividiert,
– „Vektor zu erstem Vektor": hier wird jeder I_DDQ-Messwert durch den I_DDQ des eingesetzten ersten Vektors dividiert.

Beschreibung bestimmter Ausführungsformen
1. relativer I_DDQ nahe bei 1
Die nachfolgenden Formeln veranschaulichen die Berechnung von relativen I_DDQ-Werten, wenn die Matching-Theorie gilt, d. h. wenn sich das I_DDQ-Verhältnis (beispielsweise bei einem Vektor-zu-erstem-Vektor-Schema) bei einem brauchbaren Bauelement 1 nähert.
Eingesetzte Bezeichnungen:

IDDQ_x = absoluter IDDQ-Wert für die Messung x
R_xy = relativer IDDQ-Wert für die Messung x in Bezug zu Messung y
D_xy = Delta-IDDQ-Wert für die Messung x in Bezug zu Messung y

Für ein brauchbares Bauelement: IDDQ_1 IDDQ_2 = IDDQ_1 + D_21 IDDQ_3 = IDDQ_2 + D_32 = IDDQ_1 + D_21 + D_32 IDDQ_4 = IDDQ_3 + D_43 = IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 . . IDDQ_n = IDDQ_n – 1 + D_nn – 1 = IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn – 1
Für ein Bauelement mit großem Kriechstrom und bei Berücksichtigung der Matching-Theorie ist dann I_DDQ_x >> D_xy und SUM(D_xy) ~ 0, wenn genügend Messungen vorgenommen werden.
Aus einer relativen Perspektive: R_11 = IDDQ_1/IDDQ_1 R_21 = IDDQ_2/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21)/IDDQ_1 = 1 + (D_21/IDDQ_1) R_31 = IDDQ_3/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21 + D_32)/IDDQ_1 = 1 + ((D_21 + D_32)/IDDQ_1) . . R_n1 = IDDQ_n/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn – 1)/IDDQ_1 = 1 + ((D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn – 1)/IDDQ_1)
Bei dem gleichen Ausgangspunkt I_DDQ_x >> D_xy und SUM (D_xy) ~ 0 ist dann Dxy/I_DDQ_1 << 1 und SUM(D_xy)/I_DDQ_x ~ 0, was dazu führt, dass bei einem brauchbaren Bauelement R_xy ~ 1.
Das Gleiche gilt auch dann, wenn statt des Verhältnisses von Vektor zu erstem Vektor wie bei dem Beispiel die Verhältnisse zwischen den Vektoren benutzt werden.
Im Extremfall ist I_DDQ_1 der Vektor mit minimalem Kriechverlust. In diesem Fall gilt SUM(D_xy) max = I_{DDQ_MAX} – I_{DDQ_MIN} = D_xy max. Wenn die Bedingung I_DDQ_x >> D_xy erfüllt wird, dann ist R_xy ~ 1 innerhalb bestimmter Grenzwerte, beispielsweise für R_xy zwischen 0,9 und 1,1.
Bei einem unbrauchbaren Bauelement – Vektor 3 aktiviert den Fehler: IDDQ_1 IDDQ_2 = IDDQ_1 + D_21 IDDQ_3 = IDDQ_2 + D_32 + I_FEHLER = IDDQ_1 + D_21 + D_32 + I_FEHLER IDDQ_4 = IDDQ_3 + D_43 = IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 + I_FEHLER . . IDDQ_n = IDDQ_n – 1 + D_nn – 1 = IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn-1 + I_FEHLER
Für ein Bauelement mit großem Kriechstrom und bei Berücksichtigung der Matching-Theorie ist dann I_DDQ_x >> D_xy und SUM(D_xy) ~ I__FEHLER, wenn genügend Messungen vorgenommen werden und von einem einzigen Fehler ausgegangen wird.
Aus einer relativen Perspektive: R_11 = IDDQ_1/IDDQ_1 R_21 = IDDQ_2/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21)/IDDQ_1 = 1 + (D_21/IDDQ_1) R_31 = IDDQ_3/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21 + D_32 + I_FEHLER)/IDDQ_1 = 1 + ((D_21 + D_32)/IDDQ_1) + (I_FEHLER/IDDQ_1) R_n1 = IDDQ_n/IDDQ_1 = (IDDQ_1 + D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn – 1 + I_FEHLER)/IDDQ_1 = 1 + ((D_21 + D_32 + D_43 + ... + D_nn – 1)/IDDQ_1) + (I_FEHLER/IDDQ_1)
Bei dem gleichen Ausgangspunkt I_DDQ_x >> D_xy und SUM(D_xy) ~ 0 ist dann Dxy/I_DDQ_x << 1 und SUM(D_xy)/I_DDQ_x ~ 0, was dazu führt, dass bei dem unbrauchbaren Bauelement R_xy~1 + (I__FEHLER/I_DDQ_1).
In Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen I__FEHLER und I_DDQ_1 ist eine Messung mit ausreichender Auflösung und Wiederholbarkeit erforderlich, um das Versagen zu identifizieren. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem erfindungsgemäßen relativen Verfahren hauptsächlich die Wiederholbarkeit der I_DDQ-Messung von hoher Qualität sein muss, dies ist wichtiger als die absolute Genauigkeit der I_DDQ-Ströme.
Das Gleiche gilt auch dann, wenn statt des Verhältnisses von Vektor zu erstem Vektor wie bei dem Beispiel die Verhältnisse zwischen den Vektoren benutzt werden.
Im Extremfall ist I_DDQ_1 der Vektor mit minimalem Kriechverlust. In diesem Fall gilt SUM(D_xy)_MAX = I_{DDQ_MAX} – I_{DDQ_MIN}= D_xy max. Wenn die Bedingung I_DDQ_x >> D_xy erfüllt wird, dann ist R_xy ~ 1 + (I__FEHLER/I_DDQ_1).
2. Relative I_DDQ-Signatur
Es folgt eine Beschreibung der Verfahrensschritte für den Fall, dass der relative I_DDQ durch Dividieren jedes I_DDQ-Messwertes durch einen Referenzwert ermittelt wird, wobei eine vektorbezogene Referenz benutzt wird, d. h. eine relative I_DDQ-Signaturmessung.
Vorbereitung des Produktionstests:

– erster Schritt: Wahl des I_DDQ-Referenzvektors, z. B. des ersten Testvektors
– zweiter Schritt: Ermittlung der relativen I_DDQ-Signatur einer fehlerfreien integrierten Schaltung in Bezug zu dem gewählten I_DDQ-Testvektor (= goldene relative I_DDQ-Signatur). Zu dieser Vorgehensweise gehört das Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma des relativen I_DDQ-Wertes für jeden I_DDQ-Testvektor.
– dritter Schritt: Ermitteln der Pass-/Fail-Kriterien für jeden relativen I_DDQ-Vektor: Wenn als Pass-Intervall z. B. [relativer I_DDQ-Mittelwert-3·sigma, relativer I_DDQ-Mittelwert + 3·sigma] gewählt wird, dann werden alle integrierten Schaltungen mit einem oder mehreren außerhalb dieses Pass-Intervalls fallenden relativen I_DDQ-Werten als Ausschuss betrachtet.

Der zweite Schritt der oben beschriebenen Vorgehensweise (Ermittlung der relativen I_DDQ-Signatur einer fehlerfreien integrierten Schaltung) wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.

– Man nimmt eine Zufalls-Produktionsstichprobe von ICs des gleichen Produkts, z. B. 100 ICs.
– für jede integrierte Schaltung der Stichprobe: Messen des I_DDQ-Wertes für den gewählten Referenz-Testvektor und Messen des I_DDQ-Wertes für alle anderen I_DDQ-Testvektoren
– für jede integrierte Schaltung der Stichprobe: Berechnen des relativen I_DDQ-Wertes jeder IDDQ-Messung durch Dividieren jeder Messung durch den I_DDQ-Wert des gewählten Referenzvektors
– für jeden I_DDQ-Vektor bei allen integrierten Schaltungen der Stichprobe: Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma des relativen I_DDQ-Wertes
– für jeden I_DDQ-Vektor bei allen integrierten Schaltungen der Stichprobe: Weglassen aller außerhalb liegenden I_DDQ-Messungen (z. B. außerhalb von 3 Sigma-Grenzwerten) = Entfernen der Ausreißer
– für jeden I_DDQ-Vektor: Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma der ausreißerfreien Population
– Dieser „Mittelwert" und dieses „Sigma" für jeden I_DDQ-Vektor bilden die relativen I_DDQ-Werte des goldenen Bauelements.

Datenverarbeitung und Pass-/Fail-Entscheidung im Produktionstest:

– Für jede hergestellte integrierte Schaltung (des gleichen Produkts) werden alle I_DDQ-Messwerte mit dem Vorgabe-Grenzwert verglichen und durch den Wert für den Kriechstrom dividiert, der mit dem Referenz-I_DDQ-Testvektor gemessen wird.
– Eine Pass-/Fail-Entscheidung für jedes hergestellte Bauelement kann sofort nach den I_DDQ-Messungen an diesem Bauelement auf der Grundlage der absoluten und der relativen I_DDQ-Werte erfolgen:
– Pass = Die absoluten Werte aller I_DDQ-Werte liegen unter dem Vorgabe-Grenzwert und die relativen I_DDQ-Werte ALLER I_DDQ-Testvektoren für den Prüfling innerhalb des Pass-Intervalls des goldenen Bauelements.
– Fail = Mindestens ein absoluter I_DDQ-Wert liegt über dem Vorgabe-Grenzwert oder mindestens ein relativer I_DDQ-Wert eines I_DDQ-Testvektors für den Prüfling außerhalb des für diesen I_DDQ-Testvektor ermittelten Pass-Intervalls.

Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch jedes beliebige Verfahren, bei dem ein relativer I_DDQ verwendet wird, d. h. bei dem ein I_DDQ-Messwert durch einen anderen I_DDQ-Wert dividiert und danach das Ergebnis mit einer Referenz für diesen relativen I_DDQ verglichen wird. Bei einer anderen Ausführungsform werden relative I_DDQ-Werte mit dem Referenzwert 1 verglichen. Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird jeder I_DDQ-Messwert, der durch Anwenden einer Reihe von Testvektoren ermittelt wird, durch den I_DDQ-Wert dividiert, der für den vorhergehenden Testvektor ermittelt wurde. Ein Kriterium für die Annahme kann dann darin bestehen, dass jeder relative I_DDQ in dem Intervall [0,9; 1,1] liegen muss, damit der DUT die Prüfung besteht.
Bei der Methode des relativen I_DDQ handelt es sich um ein IC-Testdatenverarbeitungsverfahren mit den folgenden Vorteilen:

– einfach zu bestimmende Pass-/Fail-Kriterien
– hohe Genauigkeit bei der Pass-/Fail-Entscheidung
– unabhängig von der Technologie – kann ohne Weiteres bei neuen Technologien und Produkten angewendet werden
– geringere I_DDQ-Prüfbarkeitsanforderungen: zusätzliche Quellen von Kriechstrom in der integrierten Schaltung sind zulässig, solange sie im Zeitablauf stabil sind
– während des Produktionstests: minimale Datenverarbeitung und sofortige Pass-/Fail-Entscheidung

Anwendbarkeit bei neuen IC-Technologien:

– Die Technik des relativen I_DDQ kann bei den neuen IC-Technologien angewendet werden, die einen größeren Kriechstrom aufweisen als vorhergehende Generationen.
– Die Anwendbarkeit ist von der Genauigkeit der I_DDQ-Messeinheit abhängig. Bei höheren IC-Kriechstrompegeln und geringeren Transistorgrößen ist eine größere Genauigkeit der I_DDQ-Überwachungsvorrichtung erforderlich.

Testergebnisse
Beispiel 1: 3 Chips (IC-Bauelemente) aus dem gleichen Produktionsprozess. Die absoluten I_DDQ-Werte für diese drei Chips sind in der grafischen Darstellung in 1 gezeigt. Die X-Achse stellt eine Anzahl von Testvektoren dar.
Chip Nr.1 (Kurve 1) weist typische Messwerte um 1450 μA auf, Chip Nr. 2 (Kurve 2) Messwerte um 950 μA und Chip Nr. 3 (Kurve 3) Messwerte um 1080 μA, wie in der nachfolgenden Figur gezeigt ist. Bei diesen Chips handelt es sich um brauchbare Chips.
Die grafischen Darstellungen in den 2a, 2b und 2c zeigen jeweils das berechnete Verhältnis der Vektoren zum ersten Vektor für diese drei Chips. Es ist deutlich zu sehen, dass die Verhältniswerte unabhängig von dem vom Bauelement aufgenommenen absoluten Strom bei 1 liegen.
Beispiel 2: Stichproben aus einem Produktionslos mit 11420 brauchbaren und 18 unbrauchbaren Bauelementen.
Typische Messwerte für die brauchbaren Bauelemente reichen von 10 bis 300 μA. 3 unten zeigt die Messwerte für die ersten 20 brauchbaren Stichproben aus dem Los (reichen von 10 bis 25 μA). Durch den großen Bereich von 10–300 μA wird es schwierig, einen zufriedenstellenden absoluten Pass-Wert für die brauchbaren Bauelemente festzulegen.
Die 4 und 5 zeigen das Verhältnis der Vektoren zum ersten Vektor für die gleichen Bauelemente. Die Verhältniswerte reichen von 0,85 bis 1,15. In 4 stellt jede Linie die Verhältniswerte für ein bestimmtes Bauelement dar (20 Bauelemente, 10 I_DDQ-Messpunkte pro Bauelement, wodurch sich 9 Verhältniswerte pro Bauelement ergeben – die X-Achse ist die Bauelementnummer). In 5 stellt jede Linie ein bestimmtes Bauelement dar (die X-Achse ist die Vektornummer). Das Verhältnis der brauchbaren Bauelemente liegt wieder relativ nahe bei 1, wodurch sich Ausschuss einfacher erkennen lässt.
6 zeigt die Verhältniswerte von 20 unbrauchbaren Bauelementen. Jedes Symbol steht für ein bestimmtes Bauelement.
Beispiel 3: Minimum-Maximum-Kurven
Die 7, 8 und 9 gehören zum gleichen Produktionslos von Beispiel 2, das 11420 Bauelemente mit guten Messwerten zwischen 10–300 μA sowie einige unbrauchbare Bauelemente enthält. Die grafischen Darstellungen zeigen die Beziehung zwischen dem I_DDQ-Mindestmesswert und dem Maximalwert für ein bestimmtes Bauelement. Jeder Punkt stellt ein solches bestimmtes Bauelement aus der Charge dar. Bei einem brauchbaren Bauelement folgt die Minimum-Maximum-Kurve einer geraden Linie im Winkel von 45° zur X-Achse. Dies bedeutet, dass der Mindest- und der Maximalwert sehr nahe beeinander liegen, was anzeigt, dass alle I_DDQ-Messwerte ähnlich sind.
Dies trifft in der Regel bei einem Bauelement zu, bei dem die Matching-Theorie angewendet werden kann. Die grafischen Darstellungen zeigen, dass im Hinblick auf die absoluten I_DDQ-Pegel bei brauchbaren Bauelementen von einem Bauelement zum nächsten eine große Verteilung (in diesem Fall 10–300 μA) möglich ist, während verschiedene I_DDQ-Pegel, die an dem gleichen Bauelement gemessen werden, sich nur wenig voneinander unterscheiden, was die Verwendung einer relativen Methode rechtfertigt, wobei die relativen I_DDQ-Werte in der Nähe von 1 liegen sollten.
7 zeigt das Minimum-Maximum-Verhältnis für alle Bauelemente. 8 zeigt das Minimum-Maximum-Verhältnis für alle brauchbaren Bauelemente nach dem Entfernen der Ausreißer. 9 zeigt das Minimum-Maximum-Verhältnis für unbrauchbare Bauelemente.
10 zeigt schießlich die Minimum-Maximum-Kurve für ein Bauelement, das sowohl digitale als auch analoge Bestandteile aufweist und für das die Matching-Theorie nicht zutrifft. Es ist zu erkennen, dass die Kurve nicht der 45°-Linie folgt. Der I_DDQ-Maximalwert ist insbesondere stets wesentlich größer als der Mindestwert. Bei brauchbaren Bauelementen folgen die Maximum-Minimum-Punkte jedoch trotzdem einer geraden Linie, während sie bei unbrauchbaren Bauelementen von dieser Linie abweichen, wie dies bei Punkt Nummer 10 der Fall ist.
Für diese Art Bauelement kann die erfindungsgemäße relative Methode angewendet werden, solange die relativen I_DDQ-Pegel in Bezug auf einen Referenzwert beurteilt werden, der von dem Winkel der Minimum-Maximum-Linie für brauchbare Bauelemente abgeleitet werden kann.
Falls die Minimum-Maximum-Kurve für ein brauchbares Bauelement einer anderen Kurve folgt als einer geraden Linie, sollte gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (gol denes Referenzbauelement) eine vektorabhängige Referenz ermittelt werden, da direkt aus der Minimum-Maximum-Kurve keine feste Referenz abgeleitet werden kann.

Claims

Verfahren zum Testen eines mikroelektronischen Bauelements, das folgende Schritte umfasst: – Definieren einer relativen I_DDQ-Referenz, – Anwenden mehrerer Testvektoren auf das Bauelement, – Messen des Ruhestroms I_DDQ zum Bauelement für jeden Testvektor, wobei jeder I_DDQ-Messwert durch einen I_DDQ-Referenzwert oder einen bereits gemessenen I_DDQ-Wert dividiert und das Ergebnis der Division mit der vorgegebenen relativen I_DDQ-Referenz verglichen wird, was zu einer Pass- oder Fail-Entscheidung für das Bauelement führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhestrom I_DDQ und der I_DDQ-Referenzwert oder der vorherige I_DDQ-Wert, durch den er dividiert wird, an dem gleichen Bauelement gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pass- oder Fail-Entscheidung auf der Grundlage getroffen wird, ob das Ergebnis der Division in einem Wertebereich liegt, der die vorgegebene Referenz umfasst, oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es sich bei der relativen I_DDQ-Referenz um eine vektorbezogene Referenz handelt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die vektorbezogene Referenz durch die folgenden Schritte ermittelt wird: – Entnehmen einer Zufalls-Produktionsstichprobe von mikroelektronischen Bauelementen der gleichen Art, – für jedes Bauelement der Stichprobe: Messen des I_DDQ-Wertes für einen gegebenen Referenz-Testvektor und Messen des I_DDQ-Wertes für alle anderen I_DDQ-Testvektoren, – für jedes Bauelement der Stichprobe: Berechnen des relativen I_DDQ-Wertes jeder I_DDQ-Messung durch Dividieren jeder Messung durch den I_DDQ-Wert, der zu dem gewählten Referenzvektor gehört, für jeden I_DDQ-Vektor bei allen Bauelementen der Stichprobe: Ermitteln des Mittelwertes und des – für jeden I_DDQ-Vektor bei allen Bauelementen der Stichprobe: Weglassen aller außerhalb liegenden relativen I_DDQ-Messungen (10), – für jeden I_DDQ-Vektor: Ermitteln des Mittelwertes und des Sigma der relativen I_DDQ-Werte ohne die außerhalb liegenden relativen I_DDQ-Messungen, wodurch die vektorbezogene Referenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die relative I_DDQ-Referenz gleich 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für eine Anzahl mikroelektronischer Bauelemente die relative I_DDQ-Referenz aus einer grafischen Darstellung gewonnen wird, die den maximalen gemessenen I_DDQ-Pegel als Funktion des minimalen gemessenen I_DDQ-Pegels zeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Messwert auch mit einer absoluten I_DDQ-Referenz verglichen wird und es sich bei der Pass- oder Fail-Entscheidung um ein kombiniertes Ergebnis aus beiden Vergleichen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Vergleichen des relativen I_DDQ-Wertes mit einem Mindestwert umfasst, wobei der Mindestwert auf der Matching-Theorie basiert.