CN105606984B - 一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法，属于半导体晶圆测试系统的测试领域，包括信号检测装置、信号激励提取装置、多台信号处理装置以及主控计算机，所述信号激励提取装置包括信号激励部分和信号提取部分，所述信号提取部分包括信号分流结构，所述信号分流结构包括耦合器和若干功分器。本发明以通道切换、功分、耦合、取样相结合，将被测信号同时提供给多台信号处理装置，同时对半导体器件进行功率、频谱、脉冲、波形等多参数并行测试，减少了对每一半导体器件的测试时间和测试次数，有效提高了测试效率；减少了信号处理装置的使用数量，降低了测试成本，同时也降低了设备维护成本。

Description

一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法

技术领域

本发明属于半导体晶圆测试系统的测试领域，具体涉及一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法。

背景技术

晶圆是制造集成电路的的基本原料，它是指半导体集成电路制作所用的晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆。在晶圆上可加工制作成各种电路元件结构,在晶圆状态下的半导体器件电性能已经确定，处于还未切割及封装成半导体成品器件的裸片状态，半导体晶圆测试系统主要用于半导体器件在晶圆状态下的裸片参数测试，测试晶圆上成千上万个半导体裸片电性能指标，判定并标记其好坏，为下一步器件封装做好准备。从测试的角度看，由于半导体器件种类多种多样，因此半导体裸片的测试也是测试参数最多、测试实现最复杂的一类。

用于半导体晶圆测试的测试系统(如图1所示)，主要包括主控计算机、测试仪器设备、测试装置、探针台+测试探针几大部分，其中探针台和测试探针是针对晶圆上半导体裸片典型的引脚形式(GSG/GS/GSSG……)而引入的专用测试连接设备，测试装置则实现系统通用测试仪器和测试探针间的连接桥梁工作，承担着多种类通用测试仪器与测试探针间各条测试通道的建立和激励/信号调理工作。

对晶圆上半导体裸片的测试，测试效率至关重要。通常在半导体器件生产线上，每片晶圆的空间都会被充分利用，上面往往可能密布上万片半导体裸片，对晶圆上每个裸片进行筛选测试，其测试量是巨大的。另外对功率类器件来说，由于器件处于晶圆上裸片状态，没有封装及散热措施，为避免测试时间过长造成过热烧毁，也要限定其每次测试的时间，为确保被测半导体裸片不被烧毁，目前很多厂家不得不在半导体裸片的测试过程设置多个测试节点，每个节点配备一套仪器设备测试一个参数，在整条测试线上设置多套测试探针台及仪器设备实现多参数测试，这无疑造成了测试成本和周期上的浪费。

测试装置是半导体器件在晶圆上裸片状态(未经切割及封装)测试系统中的重要组成部分，也是为数不多需要定制的硬件部分，它一端与测试仪器进行连接，另一端与测试探针连接，主要用来实现测试通道的自动建立和切换，也完成信号的调理(如激励信号耦合、放大、功分等)，它是实现测试自动化的关键因素。同时测试装置以其重要性和复杂性，它对整个系统的性能指标、测试效率、测试规模、维修性也有着深刻的影响。

目前对半导体器件晶圆上裸片的测试主要以参数序列顺序进行测试的模式，即先进行一项指标的测试，测试完成后进行下一项指标测试。这种测试模式以当前晶圆上集成器件上万枚来计算的话，其测试量和测试时间是巨大的，并且测试用的仪器设备也多数处于等待状态，只有与当前测试参数相关的仪器设备处于工作模式，这无疑也造成测试资源的浪费。

现阶段对半导体晶圆上裸片的测试是基于开关通路切换模式对被测器件指标参数逐一进行测试，测试速度慢，测试仪器利用率不高，无疑带来了测试成本和周期上的增加。即使增加多个测试节点分别对指标参数进行测试以保证测试速度，由于测试用仪器设备的数量急剧增加，也增大了测试设备成本出现故障的几率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，提高了测试效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统，包括信号检测装置、信号激励提取装置、多台信号处理装置以及主控计算机，所述信号激励提取装置包括信号激励部分和信号提取部分，所述信号激励部分包括第一开关通道切换结构，所述信号提取部分包括第二开关通道切换结构和信号分流结构，所述信号分流结构包括耦合器和若干功分器；

所述信号激励部分，被配置为用于通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

所述信号提取部分，被配置为用于通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

所述耦合器，被配置为用于从被测半导体器件输出信号的通道中耦合出一小部分测试信号；

所述功分器，被配置为用于将耦合器耦合出的部分测试信号进行功分；

所述信号处理装置，被配置为用于对经过功分器功分后的被测信号进行处理；

所述信号激励部分采用开关通道切换模式，通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；所述信号提取部分通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号，在开关通道切换模式的基础上，通过在被测半导体器件输出信号的通道增加耦合器耦合出部分测试信号，耦合出的信号经若干功分器进行功分，功分后的信号提供给多台信号处理装置，通过多台信号处理装置对被测信号进行处理。

优选地，所述信号提取部分采用集成结构，所述开关通道切换结构和信号分流结构通过线路集成在一起。

优选地，所述信号提取部分采用分体结构，所述信号分流结构分体，通过引线和开关通道切换结构连接。

此外，本发明还提到一种半导体晶圆测试的多参数并行测试方法，该方法采用所述的一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统，按如下步骤进行：

步骤1：通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

步骤2：通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

步骤3：通过耦合器将从被测半导体器件输出的信号中耦合出一小部分测试信号，后送入功分器；

步骤4：通过若干功分器功分后的被测信号提供给多台信号处理装置；

步骤5：通过对信号激励提取装置的各个通道进行校准，来修正信号激励提取装置的通道误差；

步骤6：通过信号处理装置对经过功分器功分并校准后的被测信号进行处理。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法，与现有技术相比，一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法，改变原来半导体单片集成电路测试系统中信号激励提取装置只进行测试信号通道切换的单一模式，以通道切换、功分、耦合、取样相结合，将被测信号同时提供给多台信号处理装置，通过系统通道校准修正通道误差，同时对半导体器件进行功率、频谱、脉冲、波形等多参数分析测试，在半导体裸片功率、频谱、波形等参数测试方面实现了并行测试的能力，减少对每一半导体器件的测试时间和测试次数，有效提高了晶圆上半导体裸片的测试效率；减少了信号处理装置的使用数量，降低了测试成本，同时也降低了设备维护成本。

附图说明

图1为本发明一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统的基本构成示意图。

图2为本发明一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统中信号提取部分采用集成结构的示意图。

图3为本发明一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统中信号提取部分采用分体结构的示意图。

图4为本发明一种半导体晶圆测试的多参数并行测试方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1-2所示，我们以在晶圆上测试微波功放集成电路裸片为例。

一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统，包括信号检测装置、信号激励提取装置、多台信号处理装置以及主控计算机。所述信号激励提取装置包括信号激励部分和信号提取部分，所述信号激励部分包括第一开关通道切换结构，所述信号提取部分包括第二开关通道切换结构和信号分流结构，所述信号分流结构包括耦合器和若干功分器。

所述信号激励部分，被配置为用于通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

所述信号提取部分，被配置为用于通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

所述耦合器，被配置为用于从被测半导体器件输出信号的通道中耦合出一小部分测试信号；

所述功分器，被配置为用于将耦合器耦合出的部分测试信号进行功分；

所述信号处理装置，被配置为用于对经过功分器功分后的被测信号进行处理。

信号激励部分保持传统的开关通道切换模式，信号提取部分在开关切换的基础上，在被测半导体器件输出信号的通道增加耦合器耦合出一部分测试信号，耦合出的信号经二级或三级功分(根据测试信号通路的信号确定)，功分后的信号可以提供给频谱、波形、频率等其它信号处理装置，这样即可做到在功率信号测试的同时，同时获得被测半导体器件输出信号的频谱、噪声基底、频率、波形、脉冲等多种特性。

由于对被测半导体器件输出信号进行了信号分流及提取，各分路信号处理装置测得的信号强度与被测器件实际输出信号肯定有所差别，对于这种由通道分离产生信号强度偏移，可通过对信号激励提取装置各个通道校准，获得通道插损、相位等校准数据后，由系统软件计入测试结果进行测试结果修正，经过我们开发的半导体器件测试系统验证，误差合理补偿后的测试结果与实际值相当。本校准方法可以接近现有技术。

需要注意的是，对于双端口测试仪器(如矢量网络分析仪)由于激励部分由仪器自身提供，与其它接收测试类仪器激励端口不同，因此不必要在接收测试时采用并行测试模式。以图1所示的并行测试模式，当采用矢量网络分析仪对被测半导体裸片进行S参数测试时，测试装置内信号激励和信号提取部分的开关都切换至通道1，被测裸片的输入、输出端分别连接至矢量网络分析仪的输入和输入端口，完成对被测器件的S参数测试。

通过在信号激励提取装置内信号提取部分增加多路耦合、功分等信号分离电路，我们做到了对被测半导体裸片大多数参数并行进行快速测试的目的。除S参数一项需进行单独测试外，其它参数如频率、频谱/噪声、功率、波形、脉冲等都可通过信号并行处理方式一次测试完成，实际可减少测试时间三分之二以上，并且充分利用了系统信号处理装置的使用效率，减少了昂贵信号检测装置的使用数量，无论从节约时间还是节约成本方面考虑，都极具推广应用价值。

实施例2：

如图3所示，如果信号激励提取装置仍以开关通路切换为主，在通路外通过外接功分、耦合等设备实现半导体裸片的多参数并行测试，这样也可以实现测试速度的提高，但由于是外接设备，其参数校准及稳定性较差，对于技术指标要求较高的半导体器件，难以保证其测试精度。

实施例3：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种半导体晶圆测试的多参数并行测试方法(如图4所示)，以通道切换、功分、耦合、取样相结合，将被测信号同时提供给多台信号处理装置，同时对半导体器件进行功率、频谱、脉冲、波形等多参数分析测试，按如下步骤进行：

步骤1：通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

步骤2：通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

步骤3：通过耦合器将从被测半导体器件输出的信号中耦合出一小部分测试信号，后送入功分器；

步骤4：通过若干功分器功分后的被测信号提供给多台信号处理装置；

步骤5：通过对信号激励提取装置的各个通道进行校准，来修正信号激励提取装置的通道误差；

步骤6：通过信号处理装置对经过功分器功分并校准后的被测信号进行处理。

本发明提出了一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统及方法，改变原来半导体单片集成电路测试系统中信号激励提取装置只进行测试信号通道切换的单一模式，以通道切换、功分、耦合、取样相结合，将被测信号同时提供给多台信号处理装置，通过系统通道校准修正通道误差，同时对半导体器件进行功率、频谱、脉冲、波形等多参数分析测试，在半导体裸片功率、频谱、波形等参数测试方面实现了并行测试的能力，减少对每一半导体器件的测试时间和测试次数，有效提高了晶圆上半导体裸片的测试效率；减少了信号处理装置的使用数量，降低了测试成本，同时也降低了设备维护成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种半导体晶圆测试的多参数并行测试方法，其特征在于：所述测试方法基于一种半导体晶圆测试的多参数并行测试系统，包括信号检测装置、信号激励提取装置、多台信号处理装置以及主控计算机，所述信号激励提取装置包括信号激励部分和信号提取部分，所述信号激励部分包括第一开关通道切换结构，所述信号提取部分包括第二开关通道切换结构和信号分流结构，所述信号分流结构包括耦合器和若干功分器；

所述信号激励部分，被配置为用于通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

所述信号提取部分，被配置为用于通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

所述耦合器，被配置为用于从被测半导体器件输出信号的通道中耦合出一小部分测试信号；

所述功分器，被配置为用于将耦合器耦合出的部分测试信号进行功分；

所述信号处理装置，被配置为用于对经过功分器功分后的被测信号进行处理；

所述信号激励部分采用开关通道切换模式，通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；所述信号提取部分通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号，在开关通道切换模式的基础上，通过在被测半导体器件输出信号的通道增加耦合器耦合出部分测试信号，耦合出的信号经若干功分器进行功分，功分后的信号提供给多台信号处理装置，通过多台信号处理装置对被测信号进行处理；具体按如下步骤进行：

步骤1：通过信号检测装置加载信号至被测半导体器件；

步骤2：通过信号检测装置从被测半导体器件提取信号；

步骤3：通过耦合器将从被测半导体器件输出的信号中耦合出一小部分测试信号，后送入功分器；

步骤4：通过若干功分器功分后的被测信号提供给多台信号处理装置；

步骤5：通过对信号激励提取装置的各个通道进行校准，来修正信号激励提取装置的通道误差；

步骤6：通过信号处理装置对经过功分器功分并校准后的被测信号进行处理。