CN204649917U - 一种mosfet晶圆导通电阻的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其中测量装置测量的多颗管芯包括至少一颗被测管芯和多颗辅助管芯，所述测量装置包括至少一个电流源和至少一个电压表，其中，每个所述电流源和每个所述电压表与一颗被测管芯对应，每个所述电流源负极与对应的被测管芯的源极连接，每个所述电压表负极与对应的被测管芯源极连接，多颗辅助管芯的源极连接在一起并与电压表正极连接，被测管芯的漏极和辅助管芯的漏极连接在一起并与所述电流源正极连接。本实用新型避免将探针台吸盘与晶圆背面电极之间的接触电阻、晶圆背面电极与被测管芯漏极之间的体电阻计算在内，提高了装置测量准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路测试领域，具体的说，涉及一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置。
背景技术
金属-氧化物-半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor，简称MOSFET)晶圆测试，需要配置有模拟电压/电流源表的自动测试设备和载放MOSFET晶圆的专用设备——探针台。待测晶圆包含有多颗管芯，背面是一个公共电极，正面是各个管芯的栅极和源极。在待测晶圆内部，各个管芯的漏极是连接在一起的，通过待测晶圆背面的公共电极引出。目前的MSOFET晶圆导通电阻的测试方法主要依赖于待测管芯源极、探针台吸盘的开尔文连接实现。参考图1所示，在待测晶圆测试时，真空吸嘴将MOSFET晶圆吸附在探针台吸盘上，使得待测晶圆的背面电极与探针台吸盘相连，而探针台吸盘具有良好的导电特性，通过探针台吸盘驱动(FORCE)信号线、检测(SENSE)信号线引出，并连接到自动测试设备。MOSFET晶圆的顶面与探针卡中的探针接触连接，与探针连接的管芯为待测管芯，其中探针卡包含每颗待测管芯分别对应的源极FORCE信号线和SENSE信号线以及栅极FORCE信号线和SENSE信号线，每颗待测管芯的源极和栅极通过探针分别与探针卡中对应的源极FORCE信号线和SENSE信号线以及栅极FORCE信号线和SENSE信号线连接，探针卡中FORCE信号线和SENSE信号线连接到自动测试设备。自动测试设备控制其内部的模拟电压/电流源表与上述的FORCE信号线和SENSE信号线连接。
但目前常规的测试方法存在一定程度的不足。由于连接待测管芯的漏极时，开尔文连接的位置是探针台吸盘而并非待测管芯的漏极本身，因此由自动测试设备中电压表得到的探针台吸盘SENSE信号线与待测管芯源极SENSE信号线之间的电压数值中包括探针台吸盘与待测晶圆的背面电极之间的接触电压、待测晶圆的背面电极与待测管芯漏极之间的电压，进而通过计算得到的导通电阻中也会包括所述探针台吸盘与待测晶圆的背面电极之间的接触电阻以及所述待测晶圆的背面电极与待测管芯之间的体电阻。
由于测量所得待测管芯的导通电阻包括接触电阻以及体电阻，因此当待测管芯的导通电阻与接触电阻和体电阻为同一数量级或者更小时，接触电阻和体电阻作为测量误差是不能忽略的，由此会造成测量的准确度下降。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种MOSFET晶圆导通电阻测量装置，以解决现有测量装置测量晶圆的管芯的导通电阻过程中由于探针台吸盘与待测晶圆的背面电极之间的接触电阻以及待测晶圆的背面电极与被测管芯漏极之间的体电阻的存在，造成测量装置的准确度下降的问题。
本实用新型提供一种MOSFET晶圆导通电阻测量的装置，所述测量装置测量的待测晶圆包括多颗管芯，所述多颗管芯包括至少一颗被测管芯和多颗辅助管芯，所述测量装置包括至少一个电流源、至少一个电压表和探针台吸盘，其中，每个所述电流源和每个所述电压表与一颗所述被测管芯对应，每个所述电流源的负极与对应的所述被测管芯的源极连接，每个所述电压表的负极与对应的所述被测管芯的源极连接，所述多颗辅助管芯的源极连接在一起并与各所述电压表的正极连接，所述至少一颗被测管芯的漏极和所述多颗辅助管芯的漏极相连，并通过所述待测晶圆的背面电极与所述探针台吸盘相连，并且所述电流源正极与所述探针台吸盘相连。
进一步地，所述测量装置还包括至少一个第一电压源和多个第二电压源，其中，每个所述第一电压源与一颗所述被测管芯对应，每个所述第二电压源与一颗所述辅助管芯对应，每个所述第一电压源的正极与对应的被测管芯的栅极连接，每个所述第一电压源的负极与对应的被测管芯的源极连接，每个所述第二电压源的正极与对应的辅助管芯的栅极连接，每个所述第二电压源的负极与对应的辅助管芯的源极连接。
进一步地，所述测量装置还包括探针卡、探针及真空吸嘴；其中，所述探针与所述探针卡连接，所述探针用于所述被测管芯的栅极、源极与所述第一电压源的正极、负极之间的连接，所述被测管芯的源极、所述探针台吸盘与所述电流源的负极、正极之间的连接，所述辅助管芯的栅极、源极与所述第二电压源的正极、负极之间的连接，所述被测管芯的源极、所述辅助管芯的源极与所述电压表的负极、正极之间的连接；所述真空吸嘴用于所述待测晶圆与所述探针台吸盘的吸附连接。
进一步地，所述探针卡包括探针卡驱动信号线和探针卡检测信号线，所述测量装置还包括测试应用电路、探针台吸盘驱动信号线和探针台吸盘检测信号线，所述测试应用电路与所述探针卡驱动信号线和探针卡检测信号线连接；所述探针台驱动信号线和探针台检测信号线从所述探针台吸盘引出，并与所述测试应用电路连接。
进一步地，所述测试应用电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，其中，所述第一开关单元和所述第二开关单元串联连接，所述第一开关单元的一端与所述电压表的正极连接，所述第一开关单元的另一端与所述第二开关单元的一端连接，所述第二开关单元的另一端与所述辅助管芯的源极连接，所述第三开关单元的一端与所述被测管芯的源极连接，所述第三开关单元的另一端与所述第一开关单元的另一端及所述第二开关单元的一端连接。
进一步地，所述电流源、电压表、第一电压源以及第二电压源集成在自动测试设备中，所述自动测试设备通过电缆与所述测试应用电路连接，并控制所述测试应用电路中各开关单元的接通和断开。
进一步地，所述被测管芯及辅助管芯均为P型MOSFET管或N型MOSFET管。
本实用新型通过将所述测量装置中从待测晶圆中引出的多颗管芯划分为被测管芯与辅助管芯，并对每一个被测管芯配置有一个电流源和电压表，此外，对被测管芯及辅助管芯均配有电压源。所述辅助管芯漏极与所述被测管芯的漏极在所述待测晶圆内部相连，进而形成由被测管芯的源极、所述电压表及辅助管芯的源极、辅助管芯的漏极、被测管芯的漏极构成的电压测量线路，利用所述电压表得到所述被测管芯漏极-源极电压；此外还形成由所述被测管芯的源极、所述电流源、所述探针台吸盘、所述待测晶圆的背面电极、所述被测管芯的漏极所构成的闭合电流回路，利用所述电流源向所述被测管芯施加漏极-源极电流，进而利用所述电压表得到的电压值除以从所述电流源得到的电流值，可得到所述被测管芯的导通电阻。上述测量导通电阻时避免了将所述探针台吸盘与待测晶圆的背面电极之间的接触电阻和待测晶圆的背面电极与被测管芯漏极之间的体电阻计算在内的现象，从而提高了测量装置的准确度。
附图说明
图1是现有技术中提供的一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置的原理图；
图3是本实用新型实施例提供的一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置开关原理图；
图4是本实用新型实施例提供一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置的结构图；
图5是本实用新型实施例提供的MOSFET待测晶圆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
本实用新型实施例提供一种MOSFET晶圆导通电阻测量装置。图2是本实用新型实施例提供的一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置的原理图。图3是本实用新型实施例提供的一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置开关原理图。图4是本实用新型实施例提供一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置的结构图。图5是本实用新型实施例提供的MOSFET待测晶圆结构示意图。下面结合图2至图5对本实用新型实施例提供的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置进行描述。
如图2所示，该装置中，所述测量装置从待测晶圆引出的多颗管芯中包括至少一颗被测管芯110和多颗辅助管芯120，所述测量装置包括至少一个电流源130、至少一个电压表140和探针台吸盘210，其中，每个所述电流源130和每个所述电压表140与一颗所述被测管芯110对应，每个所述电流源130的负极与对应的所述被测管芯110的源极连接，每个所述电压表140的负极与对应的所述被测管芯110的源极连接，并且对应的所述电流源130的负极与所述电压表140的负极在所述被测管芯110的源极处实现开尔文连接，所述多颗辅助管芯120的源极连接在一起并与各所述电压表140的正极连接，所述被测管芯110的漏极和所述辅助管芯120的漏极在所述待测晶圆的内部相连并通过所述待测晶圆的背面电极以及探针台吸盘210与各所述电流源130的正极连接。
进一步的，所述测量装置还包括至少一个第一电压源150和多个第二电压源160，其中，每个所述第一电压源150与一颗所述被测管芯110对应，每个所述第二电压源160与一颗所述辅助管芯120对应，每个所述第一电压源150的正极和负极分别与对应的被测管芯110的栅极和源极连接，每个所述第二电压源160的正极和负极与对应的辅助管芯120的栅极和源极连接。
其中，所述第一电压源150的正极和负极与对应的被测管芯110的栅极和源极连接，通过此连接，将测试条件所规定的栅极-源极电压施加于所述被测管芯110的栅极和源极。并且针对不同类型的管芯，测试电压的数值也不同，例如对应于被测管芯为N型MOSFET管和P型MOSFET管，在进行测试时所需栅极-源极电压是相反的，在实际测试中，被测管芯为N型MOSFET管时进行测试所需的栅极-源极电压通常设置在1V～10V的范围内，被测管芯为P型MOSFET管时进行测试所需的栅极-源极电压通常设置在-10V～-1V的范围内。
所述第二电压源160的正极和负极与所述辅助管芯120的栅极和源极连接，通过此类连接，施加驱动电压于所述辅助管芯120的栅极和源极之间，驱动所述辅助管芯120的漏极和源极导通。
进一步的，所述测试装置还包括测试应用电路310，所述测试应用电路310包括第一开关单元170、第二开关单元180和第三开关单元190。其中，其中，所述第一开关单元170与所述第二开关单元180之间串联连接，即所述第一开关单元170的一端与所述电压表140正极相连，所述第一开关单元170的另一端与所述第二开关单元180的一端相连，所述第二开关单元180的另一端与所述辅助管芯的源极相连。此外，所述被测管芯110的源极与第三开关单元190的一端相连，所述第三开关单元190的另一端与所述第一开关单元170的另一端及所述第二开关单元180的一端相连。
进一步地，所述测量装置还包括真空吸嘴240，通过真空吸嘴240将所述待测晶圆吸附在所述探针台吸盘210上，各所述电流源130的正极通过所述探针台吸盘210与所述被测管芯110的漏极和所述辅助管芯120的漏极连接。
由于存在待测晶圆的背面电极与被测管芯的漏极间体电阻R1以及待测晶圆的背面电极与探针台吸盘间的接触电阻R2，使所述电流源130与所述体电阻R1、接触电阻R2和被测管芯110漏极-源极之间形成闭合的电流回路，进而通过所述电流源130施加测试条件所规定的漏极-源极电流于所述被测管芯110的漏极-源极。对于被测管芯110选取为N型MOSFET管和P型MOSFET管的情况，进行测试时规定从漏极流向源极电流是正向的。在实际测试中，被测管芯为N型MOSFET管时进行测试所需的漏极-源极电流通常设置在0.1A～10A的范围内，被测管芯为P型MOSFET管时进行测试所需的漏极-源极电流通常设置在-10A～-0.1A的范围内。
所述电压表140的正极与所述辅助管芯120的源极相连，所述电压表140的负极与所述被测管芯110的源极相连。通过此类连接，借助于所述被测管芯110的漏极与所述辅助管芯120的漏极相连，当所述第二电压源160驱动所述辅助管芯120导通时，所述电流源130的正极和所述电压表140的正极在所述被测管芯110的漏极处实现开尔文连接，因此所述电压表140可测量所述被测管芯110的漏极-源极电压。
当所述测量装置工作时，所述电流源130通过所述体电阻R1、接触电阻R2和被测管芯110的漏极-源极之间形成闭合回路并施加电流，此时由于所述辅助管芯120与所述电压表140并联于所述被测管芯110的漏极-源极之间，会造成一定程度的分流。但由于所述电压表140具有高输入阻抗(一般为109欧姆量级)，而所述被测管芯110的导通电阻为毫欧姆到几十欧姆之间，因此分流可以忽略不计。
进一步的，所述测量装置还包括探针卡220和探针230；所述探针230与所述被测管芯110的栅极和源极以及所述辅助管芯120的栅极和源极相对应，所述探针230与所述被测管芯110的栅极和源极以及所述辅助管芯120的栅极和源极接触连接，所述探针卡包括探针卡驱动(FORCE)信号线和探针卡检测(SENSE)信号线。所述探针230用于所述被测管芯110的栅极、源极与所述第一电压源150正极、负极之间的连接；用于所述被测管芯110的源极与所述电流源130的负极之间的连接；用于所述辅助管芯120的栅极、源极与所述第二电压源160的正极、负极之间的连接；用于所述被测管芯110的源极、所述辅助管芯120的源极与所述电压表140的负极、正极之间的连接。
具体来说，所述探针卡FORCE信号线包括源极FORCE信号线和栅极FORCE信号线，所述探针卡SENSE信号线包括源极SENSE信号线和栅极SENSE信号线，所述源极FORCE信号线和源极SENSE信号线与每颗所述被测管芯110的源极以及所述辅助管芯120的源极分别对应，所述栅极FORCE信号线和所述栅极SENSE信号线与每颗所述被测管芯110的源极以及所述辅助管芯120的栅极分别对应，每颗所述被测管芯110的源极和所述辅助管芯120的源极分别和两组源极探针连接，所述两组源极探针分别与所述源极FORCE信号线和所述源极SENSE信号线连接；每颗所述被测管芯110的栅极和所述辅助管芯120的栅极分别和一组栅极探针连接，所述一组栅极探针分别与所述栅极FORCE信号线和所述栅极SENSE信号线相连。
此外，每个第一电压源150的正极和负极与所述测试应用电路310连接，并在测试应用电路310内分别与对应的所述被测管芯110的栅极SENSE信号线和源极SENSE信号线连接，进而分别与对应的所述被测管芯110的栅极和源极连接。每个所述第二电压源160的正极和负极与所述测试应用电路310连接，并在测试应用电路310内分别与对应的所述辅助管芯120的栅极SENSE信号线和源极SENSE信号线连接，进而分别与对应的所述辅助管芯120的栅极和源极连接。当辅助管芯120的漏极-源极导通时，连接在各辅助管芯源极的各所述电压表140的正极与所述辅助管芯120的漏极连接，进而与所述被测管芯110的漏极连接。
参考图4，所述被测管芯110的栅极、源极以及所述辅助管芯120的栅极、源极与所述探针230连接，所述探针230与所述探针卡220连接，所述探针卡220与测试应用电路310连接，进一步地，所述探针卡中的FORCE信号线和所述SENSE信号线与所述测试应用电路310连接；所述测量装置还包括探针台吸盘FORCE信号线和SENSE信号线，所述探针台吸盘210的FORCE信号线和SENSE信号线与所述测试应用电路310连接。
进一步的，所述测试应用电路310与自动测试设备320通过电缆连接，实现将所述自动测试设备320中的所述电流源130、电压表140、第一电压源150以及第二电压源160与所述测试应用电路310的连接。其中，电缆用于两者之间信息传递。值得注意的是，所述信息传递包括所述自动测试设备320对所述测试应用电路310发出的控制信号以及规定测试条件下，所述自动测试设备320中所述电流源130、所述第一电压源150、所述第二电压源160施加于所述被测管芯110的栅极-源极电压、漏极-源极电流信号与所述辅助管芯120的栅极-源极电压信号，以及通过所述电压表140检测的所述被测管芯110的漏极-源极电压信号。
进一步的，所述被测管芯110及辅助管芯120均为P型MOSFET管或N型MOSFET管。参考图5所示的待测晶圆结构示意图可以得到，所述探针所连接的管芯包括多个被测管芯110及辅助管芯120。其中，所述被测管芯110与所述辅助管芯120结构完全相同，在功能上可以互换。
所述MOSFET晶圆导通电阻测量装置工作过程可归纳为：
首先，通过所述真空吸嘴将所述待测晶圆吸附在所述探针台吸盘210上，所述自动测试设备320控制所述探针台吸盘210移动到设定位置，所述探针台吸盘210托起所述待测晶圆，使所述被测晶圆与所述探针230接触相连，接着所述被测管芯110的栅极和源极以及所述辅助管芯120的栅极和源极通过所述探针卡220、所述探针230与所述测试应用电路310连接。此外，所述探针台吸盘210通过引出的导线与所述测试应用电路310连接。
进而，所述自动测试设备320控制所述测试应用电路310中的开关接通或者断开，所述自动测试设备320中的电流源130通过测试应用电路310、所述探针台吸盘210、所述探针卡220、所述探针230、所述探针台吸盘210与所述被测管芯110的漏极和源极相连，形成测试所需的电流回路，向所述被测管芯110提供测试所需的漏极-源极电流。
所述第一电压源150通过所述测试应用电路310、所述探针卡220、探针230与所述被测管芯110的源极、栅极相连，向所述被测管芯110提供测试所需的栅极-源极电压，驱动所述被测管芯110处于漏极-源极导通状态。
所述第二电压源160通过所述测试应用电路310、所述探针卡220、探针230与所述辅助管芯120的源极、栅极相连，提供驱动电压以确保所述辅助管芯120处于漏极-源极导通状态。
所述电压表140通过所述测试应用电路310、所述探针卡220、探针230与所述辅助管芯120的源极、所述被测管芯110的源极相连。由于所述辅助管芯120的漏极与所述被测管芯110的漏极在所述待测晶圆内部相连，进而当所述辅助管芯120的漏极-源极处于导通状态时，所述电压表140和所述电流源130分别在所述被测管芯110的漏极和源极实现开尔文连接，因此所述电压表140可测得所述被测管芯110的漏极-源极电压。
进一步，所述自动测试设备320通过所述电流源130得到所述被测管芯110的所述漏极-源极电流；所述电压表140得到所述被测管芯110的所述漏极-源极电压除以所述漏极-源极电流得到所述被测管芯的导通电阻的数值。由于各所述电流源130的负极和各所述电压表140的负极分别通过各所述被测管芯110的源极FORCE信号线和SENSE信号线与各被测管芯110的源极连接，各所述电流源130的正极和各所述电压表140的正极分别通过所述探针台吸盘FORCE信号线和所述辅助管芯120的源极、漏极与各被测管芯110的漏极连接，因此各所述电流源130和各所述电压表140实现开尔文连接的位置分别是各所述被测管芯110的源极和漏极，因此所述电压表140测量的是所述被测管芯110的漏极-源极电压，而非所述探针台吸盘210与被测管芯110的源极电压，因此所述电压表140的测量结果中不包括所述待测晶圆的背面电极与所述被测管芯110之间体电阻R1的电压和所述待测晶圆的背面电极与所述探针台吸盘210之间接触电阻R2的电压，最终计算得到的所述被测管芯110的漏极-源极导通电阻不包含所述体电阻R1和所述接触电阻R2，从而能够提高测量装置的准确度。
值得注意的是，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的构思和原则的前提下所做的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述测量装置测量的待测晶圆包括多颗管芯，所述多颗管芯包括至少一颗被测管芯和多颗辅助管芯，所述测量装置包括至少一个电流源、至少一个电压表和探针台吸盘，其中，每个所述电流源和每个所述电压表与一颗所述被测管芯对应，每个所述电流源的负极与对应的所述被测管芯的源极连接，每个所述电压表的负极与对应的所述被测管芯的源极连接，所述多颗辅助管芯的源极连接在一起并与各所述电压表的正极连接，所述至少一颗被测管芯的漏极和所述多颗辅助管芯的漏极相连，并通过所述待测晶圆的背面电极与所述探针台吸盘相连，并且所述电流源正极与所述探针台吸盘相连。
2.根据权利要求1所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括至少一个第一电压源和多个第二电压源，其中，每个所述第一电压源与一颗所述被测管芯对应，每个所述第二电压源与一颗所述辅助管芯对应，每个所述第一电压源的正极与对应的被测管芯的栅极连接，每个所述第一电压源的负极与对应的被测管芯的源极连接，每个所述第二电压源的正极与对应的辅助管芯的栅极连接，每个所述第二电压源的负极与对应的辅助管芯的源极连接。
3.根据权利要求2所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括探针卡、探针及真空吸嘴；其中，所述探针与所述探针卡连接，所述探针用于所述被测管芯的栅极、源极与所述第一电压源的正极、负极之间的连接，所述被测管芯的源极、所述探针台吸盘与所述电流源的负极、正极之间的连接，所述辅助管芯的栅极、源极与所述第二电压源的正极、负极之间的连接，所述被测管芯的源极、所述辅助管芯的源极与所述电压表的负极、正极之间的连接；所述真空吸嘴用于所述待测晶圆与所述探针台吸盘的吸附连接。
4.根据权利要求3所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述探针卡包括探针卡驱动信号线和探针卡检测信号线，所述测量装置还包括测试应用电路、探针台吸盘驱动信号线和探针台吸盘检测信号线，所述测试应用电路与所述探针卡驱动信号线和探针卡检测信号线连接；所述探针台驱动信号线和探针台检测信号线从所述探针台吸盘引出，并与所述测试应用电路连接。
5.根据权利要求4所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述测试应用电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，其中，所述第一开关单元和所述第二开关单元串联连接，所述第一开关单元的一端与所述电压表的正极连接，所述第一开关单元的另一端与所述第二开关单元的一端连接，所述第二开关单元的另一端与所述辅助管芯的源极连接，所述第三开关单元的一端与所述被测管芯的源极连接，所述第三开关单元的另一端与所述第一开关单元的另一端及所述第二开关单元的一端连接。
6.根据权利要求4所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述电流源、电压表、第一电压源以及第二电压源集成在自动测试设备中，所述自动测试设备通过电缆与所述测试应用电路连接，并控制所述测试应用电路中各开关单元的接通和断开。
7.根据权利要求1所述的MOSFET晶圆导通电阻的测量装置，其特征在于，所述被测管芯及辅助管芯均为P型MOSFET管或N型MOSFET管。
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| CN201520195022.8U CN204649917U (zh) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | 一种mosfet晶圆导通电阻的测量装置 |
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