CN113866511A - 在片电容测量系统和测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在片电容测量系统和测量方法。其中。在片电容测量系统包括：电容测试设备；探针测试系统，包括探针座，对称分布在探针座两侧的第一组探针和第二组探针，以及设置在探针座上的第一组连接线和第二组连接线，第一组连接线与第一组探针连接，第二组连接线与第二组探针连接；标准电容、开路器和在片直通线，用于与电容测试设备和探针测试系统连接；通过电容测试设备、探针测试系统、标准电容、开路器和在片直通线测试待测在片电容的电容值。本发明提供的在片电容测量系统，可实现待测在片电容参数到标准电容的溯源，从而保证待测在片电容的测量结果与现有溯源体系下的标准电容结果之间的可比性，从而实现在片电容的准确测量。

Description

在片电容测量系统和测量方法
技术领域
本发明涉及计量测试技术领域，尤其涉及一种在片电容测量系统和测量方法。
背景技术
在片电容测量是半导体行业常见的一种电容测试方法，可以考察产品寄生电容、栅极电容、介质厚度等，可通过在片电容测量进行缺陷筛查。
同轴形式的标准电容进行测量前，都需要进行开路操作。四端对标准电容配有专门的四端对开路器，在片电容在测试时，由于没有专门配套通用的在片开路器，只能在空气中进行开路。然而，在片电容测试时，在空气中开路，存在参考面定义模糊、开路效果一致性差、且容易受到卡盘材料、卡盘尺寸、卡盘上所载物体的材料尺寸等的影响，导致测量结果不准确，无法准确测量在片电容的电容值。
发明内容
本发明实施例提供了一种在片电容测量系统和测量方法，以解决在片电容测量不准确的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种在片电容测量系统，包括：
电容测试设备；
探针测试系统，包括探针座，对称分布在所述探针座两侧的第一组探针和第二组探针，以及设置在所述探针座上的第一组连接线和第二组连接线，所述第一组连接线与所述第一组探针连接，所述第二组连接线与所述第二组探针连接；
标准电容、开路器和在片直通线，用于与所述电容测试设备和所述探针测试系统连接；
通过所述电容测试设备、所述探针测试系统、所述标准电容、所述开路器和所述在片直通线测试待测在片电容的电容值。
在一种可能的实现方式中，所述标准电容为四端对标准电容，所述开路器为四端对标准电容开路器。
本发明实施例提供一种在片电容测量系统，通过首先利用电容测试设备连接探针测试系统、标准电容、开路器和在片直通线，测试得到在片电容测量系统中通过探针测试系统引入的干扰电容值。然后通过使用电容测试设备连接探针测试系统和待测在片电容，经过去除干扰电容值处理后，最终得到待测在片电容的电容值。
第二方面，本发明实施例提供了一种在片电容测量方法，包括：
在对电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值；
将所述电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，将标准电容通过第二组连接线连接第二组探针，将两组探针分别连接在片直通线的两端，通过所述电容测试设备测试得到第二电容值；
对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备通过所述第一组连接线连接所述第一组探针，并将所述第一组探针连接待测在片电容，通过所述电容测试设备测试得到第三电容值；
对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备通过所述第二组连接线连接所述第二组探针，并将所述第二组探针连接所述待测在片电容，通过所述电容测试设备测试得到第四电容值；
基于所述第一电容值、所述第二电容值、所述第三电容值和所述第四电容值，确定所述待测在片电容的电容值。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一电容值、所述第二电容值、所述第三电容值和所述第四电容值，确定所述待测在片电容的电容值，包括：
基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值；
根据所述干扰电容值对所述第三电容值的倒数和所述第四电容值的倒数之和进行修正，得到所述待测在片电容的电容值。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值，包括：
所述干扰电容值为所述第二电容值的倒数与所述第一电容值的倒数的差值。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值，包括：
所述干扰电容值为所述第二电容值的倒数的第一预设倍数与所述第一电容值的倒数的第二预设倍数的差值。
在一种可能的实现方式中，所述第一电容值为Ctot，所述第二电容值为Cref，所述干扰电容值Cerr，所述第三电容值为CL，所述第四电容值为CR；
所述干扰电容值Cerr为
Figure BDA0003231788790000031
所述待测在片电容的电容值Cd为
Figure BDA0003231788790000032
在一种可能的实现方式中，所述对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值，包括：
所述电容测试设备连接四端对标准电容开路器进行开路清零后，将所述电容测试设备连接四端对标准电容，测试得到第一电容值。
在一种可能的实现方式中，所述在片直通线设置在氧化铝陶瓷衬底上，所述在片直通线由金材料制作而成。
在一种可能的实现方式中，所述第一组连接线和所述第二组连接线为同轴线缆。
本发明实施例提供了一种在片电容测量方法，首先，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值。然后，将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，将标准电容通过第二组连接线连接第二组探针，将两组探针分别连接在片直通线的两端，通过电容测试设备测试得到第二电容值。接着，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，并将第一组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第三电容值。次之，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第二组连接线连接第二组探针，并将第二组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第四电容值。最后，通过得到的第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值，确定待测在片电容的电容值。如此，通过第一组连接线、第一组探针、第二组连接线、第二组探针和在片直通线，即可实现待测在片电容的电容值与标准电容的电容值之间的溯源。通过定量研究第一组连接线、第一组探针、第二组连接线、第二组探针对测试结果的影响，从而实现在片电容的准确测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的传统在片电容测试系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的在片电容测量方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的采用LCR测量仪测试四端对标准电容的示意图；
图4是本发明实施例提供的采用LCR测量仪和探针系统测试四端对标准电容的示意图；
图5是本发明实施例提供的采用LCR测量仪和探针系统的一侧测试待测在片电容的示意图；
图6是本发明实施例提供的采用LCR测量仪和探针系统的另一侧测试待测在片电容的示意图。
图中，101-待测在片电容，102-在片直通线，103-第一组连接线，104-第一组探针，105-第二组连接线，106-第二组探针。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
如图1所示的传统在片电容测量系统，由电容测试设备、探针系统以及同轴线缆构成。其中，电容测试设备具有电容测量的功能。同轴线缆将电容测试设备与探针系统连接起来。电容测试设备通过同轴线缆连接至探针系统，探针系统包含有2根或4根探针，用于与在片形式的待测在片电容相连。
在片电容的测量，常常应用于器件和工艺的特征分析、Wafer互连小电容测量以及双端纳米器件C-V曲线测试等方面。可以用于有效监控栅氧厚度、电容覆盖pF量级、栅氧电荷和杂质浓度分布等工艺参数。这些工艺参数是评判与电容制作相关工艺稳定性的重要手段。
然而，由于目前在片电容测量无法溯源，没有手段可以对在片电容测量系统进行校准，无法实现在片电容参数到常规四端对标准电容器的溯源，即无法确保在片电容测量结果与现有溯源体系下的电容值测量结果之间具有可比性。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种在片电容测量系统，包括：电容测试设备、探针测试系统、标准电容、开路器和在片直通线。上述探针测试系统，包括探针座，对称分布在探针座两侧的第一组探针和第二组探针，以及设置在探针座上的第一组连接线和第二组连接线，第一组连接线与第一组探针连接，第二组连接线与第二组探针连接。上述标准电容、开路器和在片直通线，用于与电容测试设备和探针测试系统连接。通过电容测试设备、探针测试系统、标准电容、开路器和在片直通线测试待测在片电容的电容值。
一些实施例中，上述电容测试设备可以为LCR测量仪。
一些实施例中，上述标准电容可以为四端对标准电容，开路器为四端对标准电容开路器。从而可以实现待测在片电容与四端对标准电容的溯源。
一些实施例中，上述第一组连接线和第二组连接线可以为同轴线缆，从而可以实现同轴-在片-同轴形式的对称测量回路。
本发明实施例提供了一种在片电容测量系统，包括电容测试设备、探针测试系统、标准电容、开路器和在片直通线，通过此系统，从而实现待测在片电容参数到标准电容的溯源，从而保证待测在片电容的测量结果与现有溯源体系下的标准电容结果之间的可比性，从而实现在片电容的准确测量。
另一方面，基于上述在片电容测量系统，如图2所示，本发明实施例还提供了一种在片电容测量方法，包括以下步骤：
步骤S110、在对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值。
为保证电容测试设备的测量准确度，电容测试设备在测试标准电容之前，必须进行清零操作，请零后，即可将电容测试设备直接连接标准电容，测试第一电容值。
步骤S120、将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，将标准电容通过第二组连接线连接第二组探针，将两组探针分别连接在片直通线的两端，通过电容测试设备测试得到第二电容值。
具体的，第一组连接线连接第一组探针形成左侧回路。第二组连接线连接第二组探针形成右侧回路。电容测试设备通过连接左侧回路，右侧回路连接标准电容，第一组探针和第二组探针通过连接在片直通线，从而形成导通的回路，实现标准电容的测试。
在一些实施例中，探针系统包括对称分布在探针座两侧的第一组探针和第二组探针，以及设置在探针座上的第一组连接线和第二组连接线，第一组连接线与第一组探针连接，第二组连接线与第二组探针连接。具体的，上述第一组连接线和第二组连接线可以选用同轴线缆。
在一些实施例中，当采用四端对标准电容时，第一组连接线和第二组连接线分别包括四根连接线。第一组探针和第二组探针也分别对称分布有四根。
在一些实施例中，在片直通线设置在片形式的直通上。其中，在片形式的直通设于氧化铝陶瓷衬底上，在片直通线由金材料制作而成。
在本步骤中，由于在步骤S110中已经对电容测试设备进行开路清零，因此可以直接测试标准电容即可。从而建立起同轴-在片-同轴形式的对称测量回路。
通过上述两步骤，即可实现定量研究测试干扰回路，能够得到探针系统对电容测试的影响，从而实现溯源到标准电容，保证测量的准确性。
步骤S130、对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，并将第一组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第三电容值。
通过上述对测量系统的左侧回路和右侧回路的干扰回路的定量测试，对探针系统对测量的影响进行了修正，即可实现准确测量在片电容。
电容测试设备首先经过开路清零后，通过左侧回路，即电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，第一探针连接待测在片电容，测试得到第三电容值。
步骤S140、对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第二组连接线连接第二组探针，并将第二组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第四电容值。
电容测试设备首先经过开路清零后，通过右侧回路，即电容测试设备通过第二组连接线连接第二组探针，第二探针连接待测在片电容，测试得到第四电容值。
步骤S150、基于第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值，确定待测在片电容的电容值。
在一些实施例中，基于第一电容值和第二电容值确定干扰电容值；此干扰电容值为上述探针系统引入的左侧回路和右侧回路的电容干扰。
根据干扰电容值对第三电容值的倒数和第四电容值的倒数之和进行修正，得到待测在片电容的电容值。
在一些实施例中，干扰电容值可以为第二电容值的倒数与第一电容值的倒数的差值。
在一些实施例中，干扰电容值可以为第二电容值的倒数的第一预设倍数与第一电容值的倒数的第二预设倍数的差值。
通过上述对测试得到的第一电容值和第二电容值的处理，即可得到干扰电容值。具体的干扰电容值的计算方法，不仅限于上述两种方法，根据具体的情况，还可以多次测试得到多个第二电容值，多次测试得到多个第一电容值，将上述得到的多个第一电容值和多个第二电容值进行平均或采用不同的权重进行分配，也可得到干扰电容值。此处不再赘述。
具体的，上述电容测试设备可以为LCR测量仪，标准电容可以为四端对标准电容，开路器为四端对标准电容开路器。探针系统包含第一组探针104PH、PL和IH、IL，第二组探针106PH’、PL’和IH’、IL’，第一组连接线103和第二组连接线105分别为4根同轴线缆。在片直通线102为4根直通线。
测试过程如下所示：
如图3所示，首先将四端对标准电容开路器插入到LCR测量仪对应的端口处进行清零操作。然后采用LCR测量仪直接测试四端对标准电容，得到第一电容值为Ctot。
如图4所示，将LCR测量仪通过第一组连接线103连接第一组探针104，将四端对标准电容通过第二组连接线105连接第二组探针106，将两组探针分别连接在片直通线102的两端，通过LCR测量仪测试得到第二电容值Cref。
根据电容并联的测量模型，即可得到探针系统对整个测试回路的干扰电容值Cerr为
Figure BDA0003231788790000091
从而完成在片电容到四端对标准电容参数的溯源。
如图5所示，将四端对标准电容开路器插入到LCR测量仪对应的端口处进行清零操作。将LCR测量仪通过第一组连接线103连接第一组探针104，第一组探针104连接待测在片电容101，测试得到第三电容值为CL。
如图6所示，将四端对标准电容开路器插入到LCR测量仪对应的端口处进行清零操作。将LCR测量仪通过第二组连接线105连接第二组探针106，第二组探针106连接待测在片电容101，测试得到第四电容值为CR。
通过分别测试左右两侧回路的第三电容值CL、第四电容值CR和干扰电容值Cerr，即可得到准确的待测在片电容101的电容值Cd为
Figure BDA0003231788790000092
本发明首先，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值。然后，将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，将标准电容通过第二组连接线连接第二组探针，将两组探针分别连接在片直通线的两端，通过电容测试设备测试得到第二电容值。接着，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，并将第一组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第三电容值。次之，对电容测试设备进行开路清零后，将电容测试设备通过第二组连接线连接第二组探针，并将第二组探针连接待测在片电容，通过电容测试设备测试得到第四电容值。最后，通过得到的第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值，确定待测在片电容的电容值。如此，通过第一组连接线、第一组探针、第二组连接线、第二组探针和在片直通线，即可实现待测在片电容的电容值与标准电容的电容值之间的溯源。通过定量研究第一组连接线、第一组探针、第二组连接线、第二组探针对测试结果的影响，从而实现在片电容的准确测量。
本发明通过对探针系统的影响进行修正，即可准确测量待测在片电容，测量结果能够溯源至成熟的四端对标准电容，保障在片电容测量系统的电容的测量准确度。解决了在片电容由于没有专门配套通用的在片开路器，而引起的测量不准确及溯源问题。使用本发明提供的在片电容测量系统和测量方法，对在片电容不仅可以准确的测量，而且具有溯源性的在片电容测量数据，使得在片电容测试数据的准确性可验证，不同系统的测试数据之间还可比较。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在片电容测量系统，其特征在于，包括：
电容测试设备；
探针测试系统，包括探针座，对称分布在所述探针座两侧的第一组探针和第二组探针，以及设置在所述探针座上的第一组连接线和第二组连接线，所述第一组连接线与所述第一组探针连接，所述第二组连接线与所述第二组探针连接；
标准电容、开路器和在片直通线，用于与所述电容测试设备和所述探针测试系统连接；
通过所述电容测试设备、所述探针测试系统、所述标准电容、所述开路器和所述在片直通线测试待测在片电容的电容值。
2.如权利要求1所述的在片电容测量系统，其特征在于，所述标准电容为四端对标准电容，所述开路器为四端对标准电容开路器。
3.一种在片电容测量方法，其特征在于，包括：
在对电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值；
将所述电容测试设备通过第一组连接线连接第一组探针，将标准电容通过第二组连接线连接第二组探针，将两组探针分别连接在片直通线的两端，通过所述电容测试设备测试得到第二电容值；
对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备通过所述第一组连接线连接所述第一组探针，并将所述第一组探针连接待测在片电容，通过所述电容测试设备测试得到第三电容值；
对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备通过所述第二组连接线连接所述第二组探针，并将所述第二组探针连接所述待测在片电容，通过所述电容测试设备测试得到第四电容值；
基于所述第一电容值、所述第二电容值、所述第三电容值和所述第四电容值，确定所述待测在片电容的电容值。
4.如权利要求3所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述基于所述第一电容值、所述第二电容值、所述第三电容值和所述第四电容值，确定所述待测在片电容的电容值，包括：
基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值；
根据所述干扰电容值对所述第三电容值的倒数和所述第四电容值的倒数之和进行修正，得到所述待测在片电容的电容值。
5.如权利要求4所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值，包括：
所述干扰电容值为所述第二电容值的倒数与所述第一电容值的倒数的差值。
6.如权利要求4所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述基于所述第一电容值和所述第二电容值确定干扰电容值，包括：
所述干扰电容值为所述第二电容值的倒数的第一预设倍数与所述第一电容值的倒数的第二预设倍数的差值。
7.如权利要求5所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述第一电容值为Ctot，所述第二电容值为Cref，所述干扰电容值Cerr，所述第三电容值为CL，所述第四电容值为CR；
所述干扰电容值Cerr为
Figure FDA0003231788780000021
所述待测在片电容的电容值Cd为
Figure FDA0003231788780000022
8.如权利要求3所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述对所述电容测试设备进行开路清零后，将所述电容测试设备连接标准电容，测试得到第一电容值，包括：
所述电容测试设备连接四端对标准电容开路器进行开路清零后，将所述电容测试设备连接四端对标准电容，测试得到第一电容值。
9.如权利要求3所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述在片直通线设置在氧化铝陶瓷衬底上，所述在片直通线由金材料制作而成。
10.如权利要求3所述的在片电容测量方法，其特征在于，所述第一组连接线和所述第二组连接线为同轴线缆。
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