Keithley Instruments, Inc., ein führender Anbieter von Messtechnik-Lösungen, hat seine Automated Characterization Suite (ACS) Software um optionale Werkzeuge für einen Wafer-Zuverlässigkeitstest (WLR) erweitert, mit denen sich Tests für die Halbleiterzuverlässigkeit und die Lebensdauervoraussage durchführen lassen. Die Version 4.0 basiert auf den vorhandenen parallelen Single- und Multi-Site-Testfunktionen der ACS Software, die nun mit einer Datenbank-Funktion, Software-Werkzeugen und optionalen Lizenzen für das neue Reliability Test Module (RTM) sowie die ACS Data Analysis-Funktionen erweitert wurde. Die neuen Reliability Test und Data Analysis Tools ermöglichen ACS-basierenden Testsystemen eine fünfmal schnellere Lebensdauervoraussage als konventionelle WLR Testlösungen. Durch die Beschleunigung der WLR-Tests während der Technologieentwicklung, Prozessintegration und der Prozessüberwachungsphase im Zuge der Entwicklung neuer integrierter Schaltungen lässt sich die Markteinführungszeit für neue Produkte deutlich verkürzen.

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ACS-basierende Testsysteme bieten hinsichtlich der Hardware-Konfiguration eine hohe Flexibilität, die für eine Durchführung unterschiedlichster Halbleitercharakterisierungen auf Bauteil-, Wafer- oder Kassettenebene notwendig ist. Sie erlauben eine Integration von System SourceMeter®-Instrumenten der Serie 2600 oder dem Halbleiter-Charakterisierungssystem-Modell 4200-SCS von Keithley bzw. von beiden.

Mit echten parallelen WLR-Tests sind kritische Bauteilinformationen früher verfügbar
WLR-Tests (Wafer Level Reliability) werden verwendet, um die zuverlässige Lebensdauer bei Halbleiterbauteilen wie Transistoren, Kondensatoren und von Verbindungen X-AntiVirus: checked by AntiVir MailGuard (Version: 8.0.0.18; AVE: 8.1.0.37; VDF: 7.0.3.246) vorherzusagen. Diese Tests werden anhand spezieller Teststrukturen auf dem Wafer durchgeführt und liefern kritische Zuverlässigkeitsinformationen während der Forschung und Entwicklung. Ähnliche Tests werden verwendet, um die Konsistenz der Fertigungsverfahren zu überwachen, sobald die Bauteile in die Produktion gehen. Die WLR-Tests wurden speziell entwickelt, um die Ausfallmechanismen der Bauteile mittels Stress durch erhöhte Spannungs-, Strompegel und/oder Temperaturen zu beschleunigen. Um die Beschleunigungsfaktoren zu bestimmen, werden mehrere Bauteile über eine bestimmte Zeit verschiedenen Stressbedingungen unterzogen. Gegenüber konventionellen WLR-Systemen, die immer nur ein Bauteil einem Stresstest unterziehen, ermöglichen die neuen WLR Tools der ACS Software einen parallelen Test mehrerer Bauteile mit unterschiedlichen Stressbedingungen (Spannung oder Strom) für jedes Bauteil.

Durch neue technische Herausforderungen, wie die kontinuierliche Veränderung der Filmdicke oder die zunehmende Wichtigkeit der Bauteilzuverlässigkeit in Anwendungen mit hoher Temperatur, wird ein paralleler WLR-Test immer wichtiger. Parallele Testansätze erlauben eine Ermittlung der Lebensbeschleunigungsfaktoren durch den Test einer einzigen Struktur aus mehreren Bauteilen. Viele der Teststrukturen, die bereits von konventionellen WLR-Tests verwendet werden, sind auch für parallele Testverfahren geeignet und ermöglichen eine Erhöhung des Systemdurchsatzes um den Faktor 2 bis 5, ohne dass die Teststrukturen modifiziert werden müssen. Allerdings ist ein derartiger paralleler WLR-Test nur mit Testsystemarchitekturen möglich, in denen jeder Pin über eine eigene dedizierte Source-Measure Unit (SMU) verfügt.

ACS-basierende Testsysteme mit mehreren System SourceMeter Instrumenten der Serie 2600 sind derzeit die einzigen kommerziell verfügbaren Lösungen, die diese SMU pro Pin Testflexibilität bieten. ACS vereinfacht eine Vernetzung der Serie 2600 Instrumente in einem hoch flexiblen und dynamisch rekonfigurierbaren Array von SMUs durch die Verbindung des jeweils enthaltenen Test Script Processors (TSP®) über eine virtuelle TSP-Link® Backplane. Durch diese Systemarchitektur kann die Anwendung die SMUs anweisen, entweder als eine große, fest koordinierte Gruppe von Geräten oder als einzelne kleinere Gruppen beim Test mehrerer Bauteile zusammenzuarbeiten. Die integrierten Prozessoren und die virtuelle Backplane der Serie 2600 erlaubt in Kombination mit der hohen Messgeschwindigkeit ein genaues Source/Measure-Timing, das entscheidend für die Erfassung der schnell ablaufenden Ausfallereignisse ist. ACS-basierende Systeme können mit nur zwei aber auch bis hin zu mehr als vierzig leistungsfähigen SMUs von Keithley konfiguriert werden, die 200 V oder 1,5 A einspeisen und/oder messen können.

Unkomplizierte Testeinrichtung und Analyse
Die mit ACS 4.0 verfügbare neue Reliability Test Module (RTM)-Option ist ein leistungsfähiges Stress/Mess-Sequenzierungs-Tool, das eine interaktive Schnittstelle für die Überprüfung der Bauteilzuverlässigkeit (HCI, BTI, usw.), der Gate-Oxid-Integrität (TDDB, JRAMP, VRAMP, usw.) und der Metall-Strukturen (EM) zur Verfügung stellt. Die flexiblen Test-Sequenzierungsfähigkeiten des Moduls unterstützen einen Pre- und Post-Test, sowie einen internen Stresstest und ein Stress-Monitoring. Es wurde entsprechend den JEDEC Standardtestmethodiken (wie JESD61 und JESD92) entwickelt, bietet aber auch die Flexibilität um neue Testroutinen zu entwickeln, um fortschrittliche Nanotechnologiestrukturen zu charakterisieren.

Während der Zuverlässigkeitstests können die Rohtestdaten in der Datenbank protokolliert und/oder in Echtzeit ausgedruckt werden. Diese Echtzeit-Plots erlauben den Qualitätsingenieuren noch vor dem Abschluss des Tests einen schnellen Überblick und ermöglichen so eine Abschätzung, ob die zeitraubenden Tests aussagekräftige Ergebnisse liefern werden. Das optionale Datenanalysemodul importiert die Testergebnisse aus der Datenbank und wendet dann die im jeweiligen Analyseprojekt ausgewählten Regeln und Modelle an. Ein einmal definierter Analyseprozess kann jederzeit zur Analyse neuer importierter Daten verwendet werden. Dies ist besonders für unerfahrene Anwender von WLR-Tests interessant, da hierdurch keine kundenspezifische Analysesoftware entwickelt und die Daten nicht manuell in Tabellen bearbeitet werden müssen. Jedoch können alle, die eine bereits vorhandene kundenspezifische Analysesoftware weiternutzen möchten mit Hilfe der in ACS 4.0 enthaltenen Software-Werkzeuge die Daten einfach aus der Datenbank extrahieren.

Die Datenanalyseoption unterstützt Standardanalysemethoden wie Normalverteilung, Beschleunigungs- und Verteilungsmodelle, einschließlich Lognormal und Weibull. Die Modelle können leicht verändert und angepasst werden, um neue Analyseprozesse zu ermöglichen. Mit der integrierten Skript-Sprache können die Anwender zudem sehr einfach eigene Modelle definieren. Das Reliability Formulator Tool beinhaltet zudem eine Vielfalt von fortschrittlichen Funktionen zur Modellierung, Linienanpassung, Extraktion von Standardparametern und für mathematische Standardfunktionen, die eine kundenspezifische Datenbearbeitung ermöglichen.

Offline Testprojekt-Entwicklung und Datenanalyse
Sowohl das ACS 4.0 Testausführungsprogramm (Test Executive), als auch die Datenanalyse-Option erlauben eine Offline-Installation (d. h. auf einem nicht mit der Source-Measure-Hardware verbundenen PC). Für Testumgebungen, wo mehrere Anwender oder Abteilungen dieselbe ACS Hardware nutzen, ermöglicht dies einen bequemen Zugang zu den Software-Werkzeugen für die Erstellung von Testsequenzen sowie die Offline-Überprüfung und Analyse von Daten, ohne die Workstation des Testsystems zu blockieren. Für die Datenanalyse-Option gibt es zusätzliche Lizenzen, die mehrere Offline-Installationen ermöglichen; das ACS Testausführungsprogramm kann dagegen ohne zusätzliche Lizenz offline installiert werden.

Flexible Hardware-Konfigurationen
Die ACS 4.0 Software eignet sich zur Steuerung von Testsystemen, die entweder ausschließlich System-SourceMeter-Instrumente der Serie 2600 enthalten oder nur das Halbleitercharakterisierungssystem Modell 4200-SCS oder eine Kombination von beiden. Durch die einzigartigen Fähigkeiten dieser in ein einziges System integrierten Lösungen können die Zuverlässigkeitsingenieure die Vorteile einer hohen Geschwindigkeit, der SMU pro Pin Flexibilität (Serie 2600) und eines I-V-Impulstests mit hoher Leistung (Modell 4200-PIV) kombinieren. Dies wird besonders für die Charakterisierung von Interface Traps und des isothermen Verhaltens benötigt, das bei den neuen Gate-Stack-Technologien üblich ist. Normalerweise kommt das Modell 4200-SCS im Zuverlässigkeitslabor, die schnellen Instrumente der Serie 2600 dagegen in der Prozessentwicklung, Prozessintegration und Prozessüberwachung zum Einsatz. Ein ACS-basierendes System, das beide Instrumententypen kombiniert, vereinfacht die Weitergabe eines Bauteils vom Labor zur Fab, da dasselbe Charakterisierungstool in beiden Umgebungen genutzt werden kann.

Die ACS-basierenden Testsysteme von Keithley wurden speziell dafür entwickelt, dass sie problemlos mit unterschiedlichsten Hardwarekomponenten, die normalerweise bei WLR-Tests verwendet werden, zusammenzuarbeiten. Hierzu gehören beispielsweise die gängigen Waferprober und Probe-Card-Adapter, Hot-Chuck-Controller, Single- und Multi-Site-Probe-Cards und Hochtemperatur-Probing-Optionen.

Die Preise der integrierten ACS-Testsysteme von Keithley sind von der jeweiligen Konfiguration und den kundenspezifischen Optionen abhängig. Die Systeme und Software-Upgrades sind ab sofort verfügbar. Weitere Informationen über die neusten Erweiterungen für die ACS-basierenden integrierten Testsysteme oder andere Halbleitertestlösungen von Keithley:

http://www.keithley.com/products/semiconductor

Über Keithley
Mit einer Messtechnikerfahrung von mehr als 60 Jahren gehört Keithley Instruments zu den weltweit führenden Unternehmen für elektrische Testinstrumente und -systeme von DC bis RF. Die Produkte des Unternehmens werden in der Produktion, Prozeß-Überwachung, Produktentwicklung und Forschung eingesetzt. Zu den Kunden des Unternehmens gehören Wissenschaftler und Ingenieure in der weltweiten Elektronikindustrie, die sich mit Materialforschung, der Charakterisierung von Halbleiterbauteilen und Wafern sowie der Produktion von Endprodukten wie elektronischen Baugruppen oder portablen drahtlosen Geräten befassen. Keithley bietet seinen Kunden eine Kombination aus Präzisionsmesstechnik und umfassender Anwendungserfahrungen, die Qualität, Durchsatz und Fertigungsausbeute verbessern können.

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