CN101246830A - 修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，其包括以下步骤：在该半导体的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC，信号输入引脚输入测试控制信号；测量信号输出引脚实际输出电流I_out；测量该外接电阻引脚到地的电压V_ref及该接地引脚到地的电压V_GND；用所测电压V_ref或其平均值和V_GND对实际输出电流I_out进行修正，从而得到测试修正后电流I_修正的值。因此，在不需测出接触电阻的阻值的情况下，可有效解决因接触电阻而导致的信号输出引脚输出测试电流偏离实际值的问题，提高测试的准确性。

Description

修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法

【技术领域】

本发明涉及一种半导体测试的方法，尤其涉及一种测试半导体引脚输出电流的方法。

【背景技术】

在半导体制程中，通常会使用测试仪器对每个被测半导体的参数进行测试，以确定是否合格。现有测试中，测试夹具将被测半导体待测量的引脚直接固定在测试仪器上，将电流或电压及控制信号等用于测试的信号输入到该半导体，然后测量该半导体对于此输入信号的响应。

这种测试的弊端在于，测试时没有考虑到接触电阻的存在，因此容易导致测量的值偏离真实值，从而容易导致测量的失真。具体来讲，在半导体的中测或成测时，该半导体的引脚一般是通过夹具与测量仪器连接，从而直接导致接触电阻的产生。而且该接触电阻随接触压力的不同而不同，此外，该接触电阻还与连接的引脚接触面、夹具的压持面以及与该引脚接触面对接的接触面的粗糙程度有关，因此，接触电阻通常不能给出具体的指标。

另外，由于半导体一般在弱电条件下工作，输入、输出的电流、电压的值比较小，以上所述的微小接触电阻可能会大大影响测试的准确性，从而让本来合格的半导体因不准确的测试最终成为废品；而让不合格的半导体成为合格产品。如果是后者，将给后续使用该半导体的产品带来不良影响，甚至直接毁坏使用该半导体的产品。

于2004年3月17日公开的中国发明专利第02136968.2号，名称为“检测探针接触电阻的测试结构与方法”中，提供了一种中测时测量探针接触电阻的结构和方法。该探针接触电阻的检测结构包括：第一焊垫、第二焊垫、第三焊垫、第一金属导线和第二金属导线。该第一金属导线连接该第一焊垫与该第二焊垫，其阻值为Rb1；该第二金属导线连接该第二焊垫与该第三焊垫，其阻值为Rb2。该探针接触电阻检测方法包括步骤：测量该第一焊垫与该第三焊垫间的第一电阻值R1；测量该第一焊垫与该第二焊垫间的第二电阻值R2；测量该第二焊垫与该第三焊垫间的第三电阻值R3；由该第一电阻值R1、第二电阻值R2、第三电阻值R3与该探针接触电阻值Ra的一特定关系式：

Rb1+Rb2+2Ra＝R1；

Rb1+2Ra＝R2；

Rb2+2Ra＝R3；

可求得探针接触电阻Ra的值：

Ra＝(R2+R3-R1)/2。

可藉由得到的该接触电阻值来选择可接受的被测参数的合格范围，以减小探针接触电阻对测试准确性的影响。但是，该方法需要增加较多元件才能实现，从而加大了测试的复杂度；在检测的接触电阻的过程中，由于较多元件的引入可能会引入新的测量误差；而且该方法只能用于中测。

有鉴于此，提供一种克服以上缺陷的修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法成为目前有待解决的技术课题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，不需测出接触电阻的阻值，即可有效解决因接触电阻而导致的信号输出引脚输出测试电流偏离实际值的问题，提高测试的准确性。

为了达到上述目的，提供修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，该半导体包括电压输入引脚、信号输入引脚、外接电阻引脚、信号输出引脚和接地引脚，该外接电阻引脚通过参考电阻R_ext接地。该方法包括以下步骤：在该半导体的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC，信号输入引脚输入测试控制信号；测量信号输出引脚实际输出电流I′_out；测量该外接电阻引脚到地的电压V′_ref及该接地引脚到地的电压V_GND；用所测电压V′_ref和V_GND对实际输出电流I′_out进行修正，修正公式为：

通过该修正公式得到测试修正后输出电流I_修正的值。

与现有技术相比，本发明提供的修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，用外接电阻引脚到地的电压V′_ref及接地引脚到地的电压V_GND对实际输出的电流I′_out进行修正，从而在无须测出接触电阻的阻值的情况下，对每个被测器件的测试结果进行修正，进而有效解决因接触电阻而导致的测试准确性下降的问题，从而提高测试的准确性。

此外，还提供另一种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，该半导体包括电压输入引脚、信号输入引脚、外接电阻引脚、信号输出引脚和接地引脚，该外接电阻引脚通过参考电阻R_ext接地。该方法包括以下步骤：在该半导体的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC，信号输入引脚输入测试控制信号；测量信号输出引脚实际输出电流I′_out；测量该外接电阻引脚到地的电压V′_ref(n)；计算出该测量电压V′_ref(n)经过n次测量的平均值：

$V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(\mathrm{AVG}\right)=\frac{V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(1\right)+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(2\right)+\mathrm{\Λ}+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(n\right)}{n};$

测量该接地引脚到地的电压V_GND；用测得的电压V_GND及计算出的电压V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)对实际输出电流I′_out进行修正，根据公式：

通过该修正公式得出测试修正后输出电流I_修正的值。

与现有技术相比，这种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，其通过测量前n次外接电阻引脚到地的电压V′_ref(n)，计算出的电压V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)，对于之后的测试，不在测量V′_ref(n)，而是用该平均值V′_ref(AVG)及测得的电压V_GND对实际输出电流I′_out进行修正。因此，也可以在无须测出接触电阻的阻值的情况下，对每个被测器件的测试结果进行修正，进而有效解决因接触电阻而导致的测试准确性下降的问题；并且这种方法可大大简化测试操作，提高测试效率，同时也确保测试的准确性。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例中芯片成测时理想状态下测试电路原理图。

图2是本发明第一实施例中芯片成测时考虑到接触电阻的影响时测试电路原理图。

图3是本发明第一实施例和第二实施例中输入测试控制信号及输出信号的时序图。

图4是本发明第一实施例中修正芯片成测时引脚测试电压方法的流程图。

图5、图6、图7是本发明第一实施例中芯片成测时分别在接触电阻为0.5欧姆、1欧姆、2欧姆的情况下实验结果的数据图表。

图8是本发明第二实施例中修正芯片成测时引脚测试电压方法的流程图。

图9是本发明第一实施例和第二实施例成测时两种不同修正方法实验数据。

图10是本发明第三实施例和第四实施例中测时两种不同修正方法实验数据。

【具体实施方式】

以下结合附图对本发明进行详细说明。

一般而言，半导体，特别是芯片产品在制造过程中，为了提前避免废品的发生，需要对用于该产品的晶圆以及将该晶圆封装后的成品进行两次测试，也即中测和成测，从而提前将不合格的晶圆或封装后的产品剔除，以避免其用于系统或其他元件时带来更大损失。

本发明第一实施例中提供一种第一修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，目的是为了解决在成测中因接触电阻而导致的测试准确性下降的问题。

用于成测的测试系统一般包括测试装置、适配装置和分选机，其中该测试装置通过该适配装置与该分选机连接；被测半导体一般为芯片。

在本实施例中，该测试装置为北京新润泰思特测控技术有限公司生产的型号BC3196D的测试机台；该适配装置为北京中庆微公司生产的型号TB9729的适配器；该分选机为上海中艺自动化系统有限公司生产的型号为CTS800D的分选机；该被测芯片为北京中庆微公司生产的ZQ9729，以上只是用于说明本实施例，因此，本发明并不局限于此。

上述设备及元件均为现有，在此不必赘述，但并不限于此。在本实施例中，测试的环境湿度为45％±5％，温度为25℃±3℃。

如图1所示，11为芯片ZQ9729，该ZQ9729包括以下管脚：电压输入管脚VDD、信号输入管脚INPUT、外接电阻管脚R_EXT、接地管脚GND及16个信号输出管脚OUTPUT1到OUTPUT16。该芯片ZQ9729的外接电阻管脚R_EXT通过参考电阻R_ext接地。在本实施例中，该电阻R_ext为1.1KΩ。

该对应的管脚抵接在分选机对应的金手指上，金手指与该管脚机械并电性连接。

在测试过程中，若没有接触电阻的影响，假定管脚R_EXT到地的电压为V_ref，则输出管脚输出电流为：

$I_{\mathrm{out}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}\×k}{R_{\mathrm{ext}}},$ 其中k为每个芯片的特征参数。

但是在实际情况下，因为R_ext处的电压V_ref是外接电阻管脚R_EXT相对该接地管脚GND的电压差。另外，由于测试时使用金手指与接地管脚GND进行压接，从而导致产生接触电阻R_es。而接触电阻R_es的存在，导致实际测量到的R_ext处的电压V_ref被抬高了。被抬高的电压值即为接地管脚GND通过金手指连接到地的电压V_GND，如图2所示。实际测量的管脚R EXT到地的电压V′_ref，V′_ref＝V_ref+V_GND。输出管脚实际输出电流：

${I^{\′}}_{\mathrm{out}}=\frac{{V^{\′}}_{\mathrm{ref}}\×k}{R_{\mathrm{ext}}}=\frac{(V_{\mathrm{ref}}+V_{\mathrm{GND}})\×k}{R_{\mathrm{ext}}}.$

为了保证测试的准确性，对实际输出的电流值进行修正。该修正芯片成测系统中引脚测试电压方法的流程图如图4所示，包括以下步骤：

步骤一41，将ZQ9729放置在分选机CTS800D上，该分选机在该ZQ9729的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC＝5V，信号输入引脚输入测试控制信号，控制信号包括时钟信号CLK、串行数据信号SERIAL_OUT、数据选通信号LOAD及使能控制信号ENABLE，输入控制信号和输出信号的时序图如图3所示，输入控制信号仅控制每个输出管脚是否有电流输出，并不影响输出电流的大小，当OUTPUT1到OUTPUT16逻辑输出均为低电平时，开始测量；

步骤二42，用万用表测量信号输出引脚实际输出电流I′_out，该外接电阻引脚到地的电压V′_ref及该接地引脚到地的电压V_GND；

步骤三43，用所测电压V′_ref和V_GND对实际输出电流I′_out进行修正，根据理想输出电流和实际输出电流的关系，可得出：

$\frac{I_{\mathrm{out}}}{{I^{\′}}_{\mathrm{out}}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{{V^{\′}}_{\mathrm{ref}}}=\frac{{V^{\′}}_{\mathrm{ref}}-V_{\mathrm{GND}}}{{V^{\′}}_{\mathrm{ref}}};$

因此，输出电流的修正值I_修正为：

图5、图6和图7是本发明实施例中以ZQ9729成测时为例，在接触电阻不同的情况下，实验所得结果的数据表。当接触电阻为0.5欧姆、1欧姆及2欧姆时，对应的管脚GND通过金手指到地的电压V_GND、管脚R_EXT到地的电压V′_ref、输出管脚的实际输出电流I′_out。由图5、图6和图7中数据可看出，随着接触电阻的增大，电压V_GND随之增大，其对电压V′_ref和实际输出电流I′_out的影响也就越来越大，电压V′_ref和实际输出电流I′_out的值都随之增大了。这样，如果用这个输出电流值来判断芯片的合格与否，即便这个输出电流值落入了设定的电流标准范围之内，也有可能是不合格的；同样，即便这个输出电流值落入了设定的电流标准范围之外，也有可能是合格的。

在本实施例中，选用30颗型号为ZQ9729的芯片进行测试，分别测量出每个芯片的测试所需参数：芯片管脚R_EXT到地的电压V′_ref、管脚GND通过金手指到地的电压V_GND和输出管脚的实际输出电流I′_out。

其中，第n次测试时(n为测试次数，n＝1，2，3，4，……，30)，测量本次测试参考电阻R_ref处的电压V′_ref(n)、实际输出电流I′_out(n)及该芯片通过金手指到地的电压V_GND(n)，根据之前给出的修正公式，可得本次测试的修正后输出电流I_修正(n)为：

每个芯片有16个输出管脚，如果其中一个输出电流值经过修正后不在合格电流范围内，则该芯片不合格。在此，仅选择每个芯片的管脚OUTPUT9的测试数据进行说明，所得测试数据如图9所示。在成测中，判断芯片合格的管脚输出电流范围是16.35～18.75mA。

通过30组试验数据，可以看出在第1组数据中，测量的实际输出电流为18.78791mA，已超出了合格电流范围的最大值18.75mA，利用前面的修正公式，可得出修正后的电流值：

该修正值在合格电流范围之内，如果该芯片的其他管脚的输出电流经该方法修正后都在合格电流范围之内，则该芯片的此项测试是合格的。第21组数据中，实际输出电流虽然在合格电流范围之内，但通过修正计算后，其修正值都小于合格电流范围的最小值，因此可判断该芯片的此项测试是不合格的。

第一种修正方法无须准确测量该接触电阻的大小，从而简化测试的操作和测试系统，提高测试的效率。

本发明实第二实施例提供第二种修正半导体引脚测试电压的方法，其采用的设备和元件、测试环境的温度和湿度均与第一实施例相同。该方法的流程图如图8所示。该方法包括如下步骤：

步骤一81，在修正开始后，在该ZQ9729的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC＝5V，信号输入引脚输入测试控制信号，该步骤与第一实施例中的步骤1完全相同，在此不必赘述；

步骤二82，用万用表测量该外接电阻引脚到地的电压V′_ref(n)；

步骤三83，计算出该测量电压V′_ref(n)经过n次测量的平均值：

$V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(\mathrm{AVG}\right)=\frac{V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(1\right)+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(2\right)+\mathrm{\Λ}+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(n\right)}{n};$

步骤四84，测用万用表量信号输出引脚实际输出电流I′_out，及该接地引脚到地的电压V_GND；

步骤五85，用测得的电压V_GND及计算出的电压V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)对实际输出电流I′_out进行修正，根据公式：

得出测试修正后的输出电流I_修正。

该方法用前n次测量的电压V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)对之后测试中的实际输出电流I′_out进行修正。

$V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(\mathrm{AVG}\right)=\frac{V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(1\right)+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(2\right)+\mathrm{\Λ}+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(n\right)}{n}$ (n为测试次数)。

可得修正后的输出电流I_修正(n)为：

其中n＝1，2，......，30。

本实施例中，利用第一实施例中测量的30颗ZQ9729芯片的测试所需参数：参考电阻R_ext处的电压V′_ref、芯片管脚GND通过金手指到地的电压V_GND和实际输出电流I′_out。对于编号为1至15的芯片测量的V′_ref(n)求平均值为V′_ref(AVG)，用该平均值和所测得芯片管脚GND通过金手指到地的电压V_GND(n)对实际输出电流I′_out(n)进行修正；编号为16至30的芯片，测试中不再测量V′_ref(n)，而是用平均值V′_ref(AVG)和V_GND(n)对电流I′_out(n)进行修正。

计算出的前15颗芯片的V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)约等于1.2362V。所得实际输出电流的修正值如图9所示。

对图9中两种修正方法所得实际输出电流的修正值进行比较，可以看出，采用电压V′_ref的平均值V′_ref(AVG)对实际输出的电流修正与采用实际测量的电压V′_ref对实际输出的电流修正相比，所引起的修正结果数值的变化很小，可以保证测试数据的准确。

采用第二实施例的修正方法，对于大量的芯片测试，可以大大简化测试计算，同时对修正测试数据误差的效果影响很小。

上述成测时的修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的两种方法，也可以使用到半导体中测中，以下将对这两种方法用于半导体中测时的具体实施方式进行描述。

用于中测的测试系统一般包括测试装置、适配装置和探针台，其中该测试装置通过该适配装置与该探针台连接；被测半导体一般为晶圆。

在中测的施例中，该测试装置为北京新润泰思特测控技术有限公司生产的型号BC3168的测试机台；该适配装置为适配装置为北京中庆微公司生产的型号TB9716的适配器；该探针台为美国EG公司生产的型号为EG2001的探针台；被测晶圆为北京中庆微公司生产的ZQ9716，以上只是用于说明本实施例，因此，本发明并不局限于此。

上述设备及元件均为现有，但并不限于此。本第三、第四实施例中测试的环境湿度为45％±5％，温度为25℃±3℃。

第三实施例，中测时使用与第一实施例相同的修正方法。选用30颗型号为ZQ9716的晶圆进行测试，每个晶圆包括以下焊点(PAD)：VDD、INPUT、R_EXT、GND及16个输出焊点OUTPUT1到OUTPUT16。将该ZQ9716放置在探针台EG2001上，该探针台在ZQ9716的焊点VDD加5V电压，在焊点INPUT输入测试控制信号。

当晶圆置于探针台上时，探针顶端与晶圆的每一个焊点机械并电性接触。

在本次实验中，测量该ZQ9716的参数包括：焊点R_EXT到地的电压V′_ref、焊点GND通过探针到地的电压V_GND、输出焊点的实际输出电流I′_out。该修正方法与以上第一实施例相同，在此不必赘述。图10是选择ZQ9716的焊点OUTPUT9的部分测试数据。中测时，判断晶圆合格的输出电流范围是15.65～18.75mA，因此通过判断修正值是否在合格的输出电流范围内来确定该晶圆的测试焊点是否合格。

第四实施例，中测时使用与第二实施例相同的修正方法。在本次实验中，利用第三实施例中测量的30颗ZQ9716的测试所需参数：焊点R_EXT到地的电压V′_ref、焊点GND通过探针到地的电压V_GND、输出焊点的实际输出电流I′_out。对于编号为1至15的晶圆测量的V′_ref(n)求平均值为V′_ref(AVG)，用该平均值和所测得电压V_GND(n)对实际输出电流I′_out(n)进行修正；编号为16至30的晶圆，测试中不再测量V′_ref(n)，而是用平均值V′_ref(AVG)和V_GND(n)对电流I′_out(n)进行修正。前15颗晶圆的V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)约等于1.2299V。该修正方法与以上第二实施例相同，在此不再赘述。所得实际输出电流的修正值如图10所示。

通过上述的试验，可以看出，这两种修正方法无论是在中测时，还是在成测时都可使用，大大提高测试准确度。

尽管以上实施例中所述的半导体为ZQ9729和ZQ9716，但本发明并不局限于此，任何因接触电阻而提高或降低输出电流或电压信号的半导体，皆可通过以上实施例中所述的方法进行修正。

以上所述实施方式仅用来说明本发明，但不限于此。在不偏离本发明构思的条件下，所属技术领域人员可做出适当变更调整，而这些变更调整也应纳入本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，该半导体包括电压输入引脚、信号输入引脚、外接电阻引脚、信号输出引脚和接地引脚，该外接电阻引脚通过参考电阻R_ext接地，该方法包括以下步骤：

在该半导体的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC，信号输入引脚输入测试控制信号；

测量信号输出引脚实际输出电流I′_out；

其特征在于：该方法还包括测量该外接电阻引脚到地的电压V′_ref及该接地引脚到地的电压V_GND；

用所测电压V′_ref和V_GND对实际输出电流I′_out进行修正，修正公式为：

根据该修正公式得到测试修正后电流I_修正的值。

2. 一种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，该半导体包括电压输入引脚、信号输入引脚、外接电阻引脚、信号输出引脚和接地引脚，该外接电阻引脚通过参考电阻R_ext接地，该方法包括以下步骤：

在该半导体的电压输入引脚上加测试工作电压V_CC，信号输入引脚输入测试控制信号；

测量信号输出引脚实际输出电流I′_out；

其特征在于：该方法还包括测量该外接电阻引脚到地的电压V′_ref(n)；

计算出该测量电压V′_ref(n)经过n次测量的平均值：

$V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(\mathrm{AVG}\right)=\frac{V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(1\right)+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(2\right)+\mathrm{\Λ}+V_{\mathrm{ref}}^{\′}\left(n\right)}{n};$

测量该接地引脚到地的电压V_GND；

用测得的电压V_GND及计算出的电压V′_ref(n)的平均值V′_ref(AVG)对实际输出电流I′_out进行修正，修正公式为：

根据该修正公式得出测试修正后的输出电流I_修正。

3. 如权利要求1或2所述的种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，其特征在于：所述半导体为芯片或晶圆。

4. 如权利要求1或2所述的种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，其特征在于：所述参考电阻R_ext可以是可变电阻，用来控制输出电流的大小。

5. 如权利要求1或2所述的种修正半导体引脚测试电压来校正输出电流的方法，其特征在于：所述测试控制信号包括时钟信号、串行数据信号、数据选通信号及使能控制信号。

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