CN107436384A - 半导体可动离子的测试系统及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体可动离子的测试系统，包括：控制装置，用于设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果；测量装置，与所述控制装置通信连接，接收所述控制装置的测试参数和控制指令，并根据所述测试参数配置测试条件和根据控制指令执行测试；探针台，用于通过探针连接待测试半导体的焊盘，且与所述测量装置电气连接；其中，所述控制装置控制测量装置输出三角波，所述测量装置通过所述探针台向待测试半导体施加三角波电压、收集测试结果并反馈给所述控制装置。本发明还涉及该测试系统中用于控制装置的控制系统。上述测试系统测试操作更加简单、同时测试结果更加方便查看。

Description

半导体可动离子的测试系统及其控制系统

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体可动离子的测试系统及其控制系统。

背景技术

半导体表面SiO2中可动离子对半导体器件，特别是MOS器件的可靠性和稳定性的影响越来越大。研究发现，SiO2层中可动离子的玷污是引起MOS器件不稳定的重要原因之一。因此，能够准确地量测SiO2层中可动离子玷污变得尤为重要。目前最常用的量测方法是BT-CV法，但是该方法存在诸多缺点：SiO2与Si界面处的陷阱及界面态对测试结果会有很大误差，以及量测时间很长。

三角波电压扫描法(简称TVS法)除了能克服BT-CV法的缺点外，还具有测试方法简便、测试结果直观的优点。其测量灵敏度也高于BT-CV法。但是TVS对于测试设备有一定的要求，其电压必须为连续输出模式(Ramp Wave mode)，而目前大多数设备采用量测单元SMU的电压为阶梯式输出模式(Staircase Wave mode)。传统搭建的TVS测试系统普遍存在操作复杂的问题，并且需采用额外的测量工具测量和记录相关数据，使用起来非常不方便。

发明内容

基于此，有必要提供一种测试操作更加简单、同时测试结果更加方便查看的测试系统。

一种半导体可动离子的测试系统，包括：

控制装置，用于设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果；

测量装置，与所述控制装置通信连接，接收所述控制装置的测试参数和控制指令，并根据所述测试参数配置测试条件和根据控制指令执行测试；

探针台，用于通过探针接触待测试半导体的焊盘，且与所述测量装置电气连接；

其中，所述控制装置控制测量装置输出三角波，所述测量装置通过所述探针台向待测试半导体施加三角波电压、收集测试结果并反馈给所述控制装置。

在其中一个实施例中，所述控制装置基于通用计算机系统，且通过应用程序执行所述设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果的任务。

在其中一个实施例中，所述测量装置与控制装置之间通过GPIB协议进行通信。

在其中一个实施例中，所述探针台带有晶圆加热和温度保持功能。

一种控制系统，用于上述的测试系统中的控制装置，所述控制系统包括：

通信模块，用于建立所述控制装置与测量装置的通信连接，通过配置GPIB物理地址实现测试参数和控制指令的传输；

配置模块，用于接收用户通过交互界面输入的参数或者默认参数，并保存；

测量模块，用于控制发送测试参数和控制指令；

数据采集模块，用于在测试过程中采集测量装置反馈的测试数据；

显示模块，用于显示所述测试数据。

在其中一个实施例中，还包括报错模块；所述报错模块在所述通信模块、配置模块、测量模块、数据采集模块的至少一者产生错误信息时，进行报错处理。

在其中一个实施例中，基于Labview平台开发。

在其中一个实施例中，所述配置模块配置的参数包括保持时间。

在其中一个实施例中，所述配置模块配置的参数包括三角波扫描的起始电压、结束电压和扫描步长。

在其中一个实施例中，所述配置模块配置的参数还包括三角波扫描的电压变化间隔时间、扫描速率。

上述测试系统通过控制装置控制测量装置输出三角波，可以实现对半导体器件的三角波电压扫描法(TVS)测试，因此可以用来测量因为可动离子产生的电流。同时，控制装置对测量装置进行统一控制，且获取其测量结果进行显示，对于测试过程来说，大大提高了测试的方便程度。与传统的测试方法相比，不仅测试精度高、测量时间短，而且操作方便，结果易于查看。

附图说明

图1为一实施例的半导体可动离子的测试系统的模块图；

图2为一实施例的控制系统模块图；

图3为三角波形图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进行进一步说明。

如图1所示，为一实施例的半导体可动离子的测试系统的模块图。该测试系统10用于对半导体20进行可动离子的测试。测试系统10包括控制装置100、测量装置200以及探针台300。控制装置100与测量装置200通信连接，测量装置200与探针台300电气连接。

其中，控制装置100用于设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果。测量装置200接收所述控制装置100的测试参数和控制指令，并根据所述测试参数配置测试条件和根据控制指令执行测试。探针台300用于通过探针接触待测试半导体20的焊盘，且与所述测量装置200电气连接。

本实施例中，控制装置100控制测量装置200输出三角波，所述测量装置200通过所述探针台300向待测试半导体20施加三角波电压、收集测试结果并反馈给所述控制装置100。

上述测试系统10通过控制装置100控制测量装置200输出三角波，可以实现对半导体器件的三角波电压扫描法(TVS)测试，因此可以用来测量因为可动离子产生的电流。同时，控制装置100对测量装置200进行统一控制，且获取其测量结果进行显示，对于测试过程来说，大大提高了测试的方便程度。与传统的测试方法相比，不仅测试精度高、测量时间短，而且操作方便，结果易于查看。

上述控制装置100可以基于通用计算机系统，且通过应用程序执行所述设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果的任务。通用的计算机系统是指具有通用的计算机架构、并配置操作系统的计算机软硬件系统。在通用计算机系统的基础上，可以通过应用程序扩展计算机功能。

上述的控制装置100即通过应用程序的方式实现所述设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果的功能。这种实现方式较为灵活，例如采用Labview平台开发用于控制测量装置200的程序，可以根据需求定制程序功能，实现对测量装置200的多样化的控制。并且还可以将程序运行在多个计算机系统上。

本实施例中，测量装置200可以采用安捷伦HP4140B测试仪，其可以通过USB/GPIB接口卡和通用的计算机系统进行连接并通信。当控制装置100在计算机系统上运行控制程序时，计算机系统与安捷伦HP4140B测试仪基于GPIB协议通信。

探针台300可以采用手动探针台。一般地，在进行晶圆级测试时，会用到探针台300。晶圆上的晶片(die)在划片封装之前，可以通过探针台的探针与晶片上的焊盘接触，由探针将半导体器件的各功能端引出，用于测试目的。本实施例中，所述探针台300带有晶圆加热和温度保持功能。在进行可动离子电流的测量时，保持一定的温度可以使离子运动加剧，从而产生一定大小的可动离子电流，达到可测量的标准。

可以理解，控制装置100也可以是专用系统，例如嵌入式系统。测量装置200也可以是其他类型的装置，只要控制装置100也与其保持一致的通信协议，能够进行通信控制其测试即可。

图2为一实施例的控制系统模块图，用于上述的测试系统10中的控制装置100。该控制系统为软件系统，包括：通信模块112、配置模块114、测量模块116、数据采集模块118、显示模块120以及报错模块122。

通信模块112用于建立所述控制装置100与测量装置200的通信连接，通过配置GPIB物理地址实现测试参数和控制指令的传输。

配置模块114用于接收用户通过交互界面输入的参数或者默认参数，并保存。配置模块114从交互界面上用户的操作或者直接输入，可以获得用户拟配置的参数数据。交互界面上可以采用例如滑块、复选框、组合框、下拉框、文本框等形式呈现用户可以选择的参数及其选项。用户操作或输入后，配置模块114获取到相应的参数值，然后赋予给内存中预定义的各种参数变量，将用户的选择保存下来。

测量模块116用于控制发送测试参数和控制指令。测量模块116管理测试参数和控制指令的发送。例如当用户选择好各种参数的值后，启动测试。此时测量模块116获取到用户的启动操作，继而据此生成测试指令，并将相关的测试参数一起发送到测量装置200。

测量装置200和控制装置100之间基于共同的通信协议进行通信，因此可以识别测试指令和相关的测试参数。这些测试指令和相关的参数被测量装置200进行解释并在本机执行。例如启动测试后，测量装置200进行初始化并根据相关的测试参数配置测试条件，然后执行具体的测试，包括上述的生成三角波电压信号等。

数据采集模块118用于在测试过程中采集测量装置200反馈的测试数据。测量装置200在测量过程中可以收集到相关的测试数据。在三角波电压扫描过程中，从初始电压V1开始逐渐上升到结束电压V2，半导体器件的栅极输入扫描电压，测量装置200测量流过衬底的电流。此时，测量得到的电流就反馈给数据采集模块118。

显示模块120用于显示所述测试数据。显示模块120用于在显示界面上呈现测试数据及由其形成的图表、图形等，用于直观地表示测试结果。

报错模块122在所述通信模块112、配置模块114、测量模块116、数据采集模块118的至少一者产生错误信息时，进行报错处理。例如通信模块112在于测量装置200建立连接时，如果连接失败，报错模块122可以报错。例如配置模块114在配置参数时出错，报错模块122可以报错。

配置模块114配置的参数包括保持时间t1和t2、三角波扫描的起始电压Vs、结束电压Ve和扫描步长Vstep、三角波扫描的电压变化间隔时间、扫描速率dV/dt等。参考图3，各参数的含义说明如下：

保持时间t1和t2分别是在起始电压Vs处和结束电压Ve处保持该电压的时间，根据被测样品介质厚度做调整，确保可动离子的移动充分，一般设置为大于5秒。

起始电压Vs、结束电压Ve也需要根据被测样品介质厚度做调整，一般电压设置至少为1mV/cm，但是不可高于3mV/cm，电压太高对介质层有破坏影响。起始电压Vs一般为负值。

扫描步长Vstep为电压跨度的1％，即Ve-Vs的差值的1％。

电压变化间隔时间取值一般为0.1秒到1秒之间。

扫描速率dV/dt数值不可太高，否则可动离子的移动跟不上电压的变化将导致测试结果异常，取值一般为0.1伏/秒到1伏/秒之间。

用户在交互界面可以对上述参数进行设置，配置模块114将用户的设置用对应的变量进行保存，以便在测试时发送给测量装置200使用。

测量装置200以安捷伦HP4140B为例，其可输出的电压源均具有可编程的特性。配置模块114中配置的参数可以使HP4140B的电压源输出符合要求的三角波电压。另外，HP4140B还能测量精度极高的电流，因此非常适合作为上述实施例中的测量装置200。

基于上述系统，可以获得电压电流关系。根据所获得的电压电流关系，即可计算得到可动离子数量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半导体可动离子的测试系统，包括：

控制装置，用于设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果；

测量装置，与所述控制装置通信连接，接收所述控制装置的测试参数和控制指令，并根据所述测试参数配置测试条件和根据控制指令执行测试；

探针台，用于通过探针接触待测试半导体的焊盘，且与所述测量装置电气连接；

其中，所述控制装置控制测量装置输出三角波，所述测量装置通过所述探针台向待测试半导体施加三角波电压、收集测试结果并反馈给所述控制装置。

2.根据权利要求1所述的半导体可动离子的测试系统，其特征在于，所述控制装置基于通用计算机系统，且通过应用程序执行所述设置测试参数、控制测试过程和显示测试结果的任务。

3.根据权利要求2所述的半导体可动离子的测试系统，其特征在于，所述测量装置与控制装置之间通过GPIB协议进行通信。

4.根据权利要求1所述的半导体可动离子的测试系统，其特征在于，所述探针台带有晶圆加热和温度保持功能。

5.一种控制系统，用于权利要求3所述的测试系统中的控制装置，其特征在于，所述控制系统包括：

通信模块，用于建立所述控制装置与测量装置的通信连接，通过配置GPIB物理地址实现测试参数和控制指令的传输；

配置模块，用于接收用户通过交互界面输入的参数或者默认参数，并保存；

测量模块，用于控制发送测试参数和控制指令；

数据采集模块，用于在测试过程中采集测量装置反馈的测试数据；

显示模块，用于显示所述测试数据。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，还包括报错模块；所述报错模块在所述通信模块、配置模块、测量模块、数据采集模块的至少一者产生错误信息时，进行报错处理。

7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，基于Labview平台开发。

8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述配置模块配置的参数包括保持时间。

9.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述配置模块配置的参数包括三角波扫描的起始电压、结束电压和扫描步长。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述配置模块配置的参数还包括三角波扫描的电压变化间隔时间、扫描速率。