CN111487516A - 一种半导体器件的测试装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件的测试装置、方法及系统，该装置包括：半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端和封装板；半导体参数分析仪与矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；矩阵开关的输出端与测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；封装板通过测试终端上的夹具固定在测试终端中，封装板的引脚通过夹具与测试终端的输入端连接；封装板上可固定并连接待测器件的各电极；其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换所述待测器件和/或切换测试参数。本发明提供一种面向封装器件、电路的高效率测试装置、方法及系统。

Description

一种半导体器件的测试装置、方法及系统

技术领域

本公开内容涉及半导体器件测试领域，尤其涉及一种半导体器件的测试装置、方法及系统。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸越来越小，工作电压越来越低，随之面临的还有器件的可靠性越来越难保证，故半导体器件的可靠性测试越发重要。在导致器件失效的原因中，器件的潜态损伤，例如静电潜在性损伤，是一种重要的失效机制，且待测试的样品数量往往是非常大的，所以能够快速的测试半导体器件的潜在性损伤是非常必要的。并且在测量过程中手动切换器件会导致切换一致性差、效率低，也易由于操作引入无规律过冲，可能导致被测器件被导线接触引入的静电击穿。

也就是说，急需一种测试效率高、一致性好、测试精度高的测试装置。

发明内容

本公开内容的目的至少部分在于，提供一种性能有提升和改进的半导体器件的测试装置、方法及系统。

第一方面，本公开内容的实施例提供了如下技术方案：一种半导体器件的测试装置，包括：

半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端和封装板；

所述半导体参数分析仪与所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；所述封装板通过所述测试终端上的夹具固定在所述测试终端中，所述封装板的引脚通过所述夹具与所述测试终端的输入端连接；所述封装板上可固定所述待测器件并连接所述待测器件的各电极；

其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换选通的所述待测器件和/或切换选通的测试参数。

可选的，所述低漏电连接线包括电缆和位于电缆两端的连接器；所述电缆为三同轴电缆，所述三同轴电缆由外至内依次包括：外屏蔽层、等电位层和内芯；所述连接器为TRX连接器，所述连接器从外到内依此包括：连接器外屏蔽层、连接器等电位层、连接器内芯；所述等电位层与所述内芯通过一倍的放大器相连，以保持所述等电位层与所述内芯为等电位。

可选的，当所述三同轴电缆为连接所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端的低漏电连接线的电缆时，所述外屏蔽层与所述测试终端的外壳连接，所述内芯与所述夹具的端口连接。

可选的，所述测试终端外设置有屏蔽壳，所述屏蔽壳材料为40钢，所述屏蔽壳表面镀镍。

可选的，所述待测器件的各电极通过引线键合的方式与所述封装板上接线区连接，从而与所述封装板的引脚连接。

可选的，所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线与所述半导体参数分析仪的直流测试单元输出端口连接；所述矩阵开关的输出端通过低漏电连接线与所述测试终端的输入端口连接；所述矩阵开关内设置有继电器，通过所述继电器切换所述矩阵开关的输出通路。

可选的，所述矩阵开关包括滤波电路，所述滤波电路在切换所述矩阵开关的输出通路时，抑制切换过冲电压。

可选的，所述半导体参数分析仪包括直流测试单元、脉冲测试单元以及电容测试单元。

第二方面，本公开内容的实施例提供了如下技术方案：

一种半导体器件的测试方法，所述方法应用于第一方面所述的测试装置，所述方法包括：

所述半导体参数分析仪发送控制信号至所述矩阵开关，以控制选通切换所述矩阵开关的输出通路；

所述半导体参数分析仪通过所述矩阵开关切换后的所述输出通路输出测试信号至选通的所述待测器件，从而进行参数测试。第三方面，本公开内容的实施例提供了如下技术方案：

一种半导体器件的测试系统，包括：

半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端、封装板和待测器件；

所述半导体参数分析仪与所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；所述封装板通过所述测试终端上的夹具固定在所述测试终端中，所述封装板的引脚通过所述夹具与所述测试终端的输入端连接；所述封装板上固定所述待测器件并连接所述待测器件的各电极；具体可以是通过引线键合连接也可以是扣接；

其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换选通的所述待测器件和/或切换选通的测试参数。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供的半导体器件的测试装置、方法及系统，通过矩阵开关连通半导体参数分析仪和测试终端，并在测试终端内设置夹具来固定封装板，以对封装板上的待测器件进行测试。由于矩阵开关是多个开关组成的矩阵几何，通过控制开关的切换，可以实现线路的灵活连接即对输出通路灵活切换，可以实现对测试终端内的多个器件的多种连接方式，从而控制器件进行同时或不同时测试，可以满足同时测试/施加同一信号到指定一只或多只待测器件。。当测试过程有对各器件的不同的测试项目时，开关切换至各器件单独测试过程；当对各器件有同样的测试项目时，矩阵开关可以实现测试的同时进行，有效解决了测试效率低的问题。并且矩阵开关在切换输出通路时，能保证在切换测试器件时的切换过冲电压一致，解决手动选通测试过程中导线接触时静电击穿器件的问题。。

附图说明

为了更清楚地说明本公开内容实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开内容的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为依据本公开一个或多个实施方式的半导体器件的测试装置的示意图；

图2为依据本公开一个或多个实施方式的封装板示意图；

图3为依据本公开一个或多个实施方式的三同轴电缆的示意图；

图4为依据本公开一个或多个实施方式的半导体器件的测试方法的步骤图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

根据本公开的一个方面，提供了一种半导体器件的测试装置，如图1和图2所示，该装置包括：

半导体参数分析仪1、矩阵开关2、测试终端3和封装板4；

所述半导体参数分析仪1与所述矩阵开关2的输入端201通过低漏电连接线5连接；所述矩阵开关2的输出端202与所述测试终端3的输入端301通过低漏电连接线5连接；所述封装板4通过所述测试终端3上的夹具302固定在所述测试终端3中，所述封装板4的引脚通过所述夹具302与所述测试终端3的输入端301连接；所述封装板4上可固定并连接待测器件6的各电极；

其中，所述半导体参数分析仪1控制切换所述矩阵开关2的输出通路，从而控制切换所述待测器件6和/或切换测试参数。

需要说明的是，所述矩阵开关2的输入端201和输出端202都有多个端口，通过多条低漏电连接线与半导体参数分析仪1和测试终端3连接。

在一种可选的实施方式中，所述低漏电连接线5为低漏电连接线，可以包括电缆和位于电缆两端的连接器。在具体实施过程中，连接半导体参数分析仪1与所述矩阵开关2的低漏电连接线的电缆，和/或连接矩阵开关2与测试终端3的低漏电连接线的电缆为三同轴电缆，如图3所示，所述三同轴电缆由外至内依次包括：外屏蔽层501、等电位层502和内芯503，中间填充均匀的绝缘材料，如聚四氟乙烯、特氟龙等。所述等电位层502与所述内芯503通过一倍的放大器相连，以保持所述等电位层502与所述内芯503为等电位。具体在半导体参数分析仪1中的直流测试单元中将等电位层502、内芯503通过一个单倍放大器连接，放大器输出端接等电位层502。这样，等电位层502与内芯503保持了同等电位，此时等电位层502与内芯503之间的△V＝0V，寄生电容效应消失，有效的保护了内芯503上电信号的传输。在等电位层502外有一层外屏蔽层501，该外屏蔽层501可以与地端相连，起到屏蔽的作用。采用该三同轴电缆一方面线外屏蔽层501可以消除外界干扰，另一方面等电位层502与内芯503为隔离的相同电平，消除了寄生电容的影响。有效提升对器件测试的精度，能提供和读取更小的测试电流，更适用于小尺寸器件的静电等潜在性损伤测试。具体来讲，三同轴电缆使半导体参数分析仪能够测试更低的漏电电流，距测能实现漏电电流＜1x10^-13A，这样在测试特征尺寸更小的器件时就能得到更准确的测试数据。

较优的，当所述三同轴电缆为连接所述矩阵开关2的输出端202与所述测试终端3的输入端的低漏电连接线5的电缆时，所述外屏蔽层501与所述测试终端3的外壳连接，所述内芯503与所述夹具302连接。对应的，所述连接器为三同轴TRX连接器，所述连接器从外到内依此包括：连接器外屏蔽层、连接器等电位层、连接器内芯，以与三同轴电缆对应连接。

在一种可选的实施方式中，所述半导体参数分析仪1包括直流测试单元、脉冲测试单元以及电容测试单元等模块，能够准确地输出控制信号至矩阵开关2，从而自动切换通路，将不同的测试模块接入作为测试负载，通过软件设置源表的参数，对待测器件6的潜在性损伤、电容、I-V特性测试等半导体器件性能进行测试。并且测试完成后将数据保存在半导体参数分析仪1的磁盘中，具体通过半导体参数分析仪1的测量单元获取所测试得到的参数值并存储到半导体参数分析仪1的磁盘，再将测试参数数据绘制成不同的特性曲线，让人更直观的了解待测器件6的半导体特性，为半导体器件设计提供数据支持。

进一步，所述矩阵开关2的输入端201通过低漏电连接线与所述半导体参数分析仪1的直流测试单元输出端口连接；所述矩阵开关2的输出端202通过低漏电连接线与所述测试终端3的输入端口301连接；所述矩阵开关2内设置有继电器，通过所述继电器切换所述矩阵开关2的输出通路，从而实现自动化测试。进一步，所述矩阵开关2内包括滤波电路，所述滤波电路在切换所述矩阵开关2的输出通路时，抑制切换过冲电压，解决过冲损坏器件的问题。并且通过半导体参数分析仪1结合矩阵开关2的自动切换还能够完成关于时间对器件的影响的测试，通过控制矩阵开关2的继电器通电时间能够更精准得完成寿命测试。

在一种可选的实施方式中，所述测试终端3外设置有屏蔽壳，所述屏蔽壳材料为40钢，所述屏蔽壳表面镀镍，使屏蔽壳具备微磁性，能够更好地吸收外界的电磁干扰，保证内部电缆的信号纯净，同时还能保证待测器件6不被外界干扰，以保证器件不被损坏和测试结果准确。当然，所述屏蔽壳的主体材料还可以为钢、铁、铜、铝等硬质金属，表面处理工艺为电镀镍、铬等微磁性金属材料。

所述测试终端3设置有输入端口301和夹具302。测试终端3输入端口301可以通过同轴电缆连接到测试终端3的测试板上，再经过测试板的走线将外接三同轴电缆低漏电连接线的等电位层502和所述内芯503连接至测试板上的夹具，从而将信号送至夹具302的每个端口。封装板4的引脚与夹具302的端口接触连接，待测器件6的各电极通过引线键合的方式与所述封装板4上接线区连接，从而与所述封装板4的引脚连接。引线键合是用非常细小的线把待测器件6上焊盘和引线框架连接起来的过程，具体可采用金线焊接工艺。在具体实施过程中，一个封装板4上可以安装有多个待测器件6，一个测试终端内可以固定有多个封装板4，通过矩阵开关2的通路切换来实现对不同待测器件同时进行同一或不同参数测试，可以满足同时测试/施加同一信号到指定一只或多只待测器件。

另一方面，本公开还提供了一种半导体器件的测试方法，所述方法应用于前述的测试装置，如图4所示，所述方法包括：

步骤S401，所述半导体参数分析仪发送控制信号至所述矩阵开关，以控制选通切换所述矩阵开关的输出通路；

步骤S402，所述半导体参数分析仪通过所述矩阵开关切换后的所述输出通路输出测试信号至选通的所述待测器件，从而进行参数测试。

在执行步骤S401可以先将所述待测器件6的电极按照预设的引线表引线键合至封装板4，以便后续测试。

在执行步骤S402之后可以由所述半导体参数分析仪将测试的数据进行处理、保存。然后，再重复执行步骤S401-S402切换到下一个待测器件或下一个待测参数进行测试。

另一方面，本申请还提供了包括前述测试装置的一种半导体器件的测试系统，具体包括：

半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端、封装板和待测器件；

所述半导体参数分析仪与所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；所述封装板通过所述测试终端上的夹具固定在所述测试终端中，所述封装板的引脚通过所述夹具与所述测试终端的输入端连接；所述封装板上固定并连接所述待测器件的各电极；

其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换所述待测器件和/或切换测试参数，实现选通位于所述测试终端内的所述封装版上的所述待测器件。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请实施例提供的半导体器件的测试装置、方法及系统，通过矩阵开关连通半导体参数分析仪和测试终端，并在测试终端内设置夹具来固定封装板，以对封装板上的待测器件进行测试。由于矩阵开关是多个开关组成的矩阵几何，通过控制开关的切换，可以实现线路的灵活连接即对输出通路灵活切换，可以实现对测试终端内的多个器件的多种连接方式，从而控制器件进行同时或不同时测试。当测试过程有对各器件的不同的测试项目时，开关切换至各器件单独测试过程；当对各器件有同样的测试项目时，矩阵开关可以实现测试的同时进行，有效解决了测试效率低的问题。并且矩阵开关在切换输出通路时，能保证在切换测试器件时的切换过冲电压一致，有效解决了测试引入的潜在性损伤的技术问题。

显然，本领域的技术人员可以对本公开内容进行各种改动和变型而不脱离本公开内容的精神和范围。这样，倘若本公开内容的这些修改和变型属于本公开内容权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开内容也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种半导体器件的测试装置，其特征在于，包括：

半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端和封装板；

所述半导体参数分析仪与所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；所述封装板通过所述测试终端上的夹具固定在所述测试终端中，所述封装板的引脚通过所述夹具与所述测试终端的输入端连接；所述封装板上可固定所述待测器件并连接所述待测器件的各电极；

其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换选通的所述待测器件和/或切换选通的测试参数。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述低漏电连接线包括电缆和位于电缆两端的连接器；所述电缆为三同轴电缆，所述三同轴电缆由外至内依次包括：外屏蔽层、等电位层和内芯；所述连接器为TRX连接器，所述连接器从外到内依此包括：连接器外屏蔽层、连接器等电位层、连接器内芯；

所述等电位层与所述内芯通过一倍的放大器相连，以保持所述等电位层与所述内芯为等电位。

3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，当所述三同轴电缆为连接所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端的低漏电连接线的电缆时，所述外屏蔽层与所述测试终端的外壳连接，所述内芯与所述夹具的端口连接。

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试终端外设置有屏蔽壳，所述屏蔽壳材料为40钢，所述屏蔽壳表面镀镍。

5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测器件的各电极通过引线键合的方式与所述封装板上接线区连接，从而与所述封装板的引脚连接。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线与所述半导体参数分析仪的直流测试单元输出端口连接；所述矩阵开关的输出端通过低漏电连接线与所述测试终端的输入端口连接；所述矩阵开关内设置有继电器，通过所述继电器切换所述矩阵开关的输出通路。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述矩阵开关包括滤波电路，所述滤波电路在切换所述矩阵开关的输出通路时，抑制切换过冲电压。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述半导体参数分析仪包括直流测试单元、脉冲测试单元以及电容测试单元。

9.一种半导体器件的测试方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-8任一所述的测试装置，所述方法包括：

所述半导体参数分析仪发送控制信号至所述矩阵开关，以控制选通切换所述矩阵开关的输出通路；

所述半导体参数分析仪通过所述矩阵开关切换后的所述输出通路输出测试信号至选通的所述待测器件，从而对所述待测器件进行参数测试。

10.一种半导体器件的测试系统，其特征在于，包括：

半导体参数分析仪、矩阵开关、测试终端、封装板和待测器件；

所述半导体参数分析仪与所述矩阵开关的输入端通过低漏电连接线连接；所述矩阵开关的输出端与所述测试终端的输入端通过低漏电连接线连接；所述封装板通过所述测试终端上的夹具固定在所述测试终端中，所述封装板的引脚通过所述夹具与所述测试终端的输入端连接；所述封装板上固定所述待测器件并连接所述待测器件的各电极；

其中，所述半导体参数分析仪控制切换所述矩阵开关的输出通路，从而控制切换选通的所述待测器件和/或切换选通的测试参数。

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