TW201333477A

TW201333477A - 探針卡及雜訊測量裝置

Info

Publication number: TW201333477A
Application number: TW101136299A
Authority: TW
Inventors: Kenji Ohmori; Ryu Hasunuma
Original assignee: Univ Tsukuba
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-08-16
Also published as: JP6008332B2; TWI560450B; WO2013051515A1; JPWO2013051515A1

Abstract

提供可在數MHz以上之高頻頻帶測量雜訊的探針卡及雜訊測量裝置。在具有與MOS型電場效應電晶體(14)抵接的探針(8)，並測量該MOS型電場效應電晶體(14)之雜訊的探針卡(6A)，一體地設置將該MOS型電場效應電晶體(14)之輸出信號放大的放大電路(56A)。

Description

探針卡及雜訊測量裝置

本發明係有關於探針卡及雜訊測量裝置，尤其係適合測量MOS型電場效應電晶體之雜訊的情況。

伴隨MOS型電場效應電晶體(以下稱為「MOSFET」)的微細化，特性之變動明顯化，而成為問題。變動係可分成臨限值電壓不均等之靜態特性的不均、與由雜訊所代表之時間性(動態特性)的變動。雜訊的特性係一般作為頻譜來評估。

MOSFET之低頻帶的雜訊特性係亦稱為1/f雜訊、閃爍雜訊，表示相對頻率以1/f減少的特性。關於1~10³Hz之低頻雜訊，至目前為止已有很多論文報告(例如非專利文獻1~3)。

第6圖係使用市面上之機器(Agilent公司製，B1530A)測量雜訊的結果。100係未與MOSFET連接的情況之測量系統的雜訊強度，101係與MOSFET連接時的雜訊強度。自第6圖，得知在1MHz以下之區域，相對測量系統的雜訊，MOSFET的雜訊大，係可評估，但是超過1MHz時，測量系統的雜訊與MOSFET的雜訊成為同程度，而無法進行在高頻的測量。使用其他的市面上機器，亦至數kHz的雜訊特性測量係切乎實際。

現在的尖端SRAM係以5ns以下改寫，其速度係在頻帶相當於200MHz以上。SRAM之寫入/讀入錯誤成為問題，但是為了驗證該錯誤之直接原因或處理條件的相關係，需要在是SRAM之動作頻帶之100MHz~1GHz的頻帶進行MOSFET的雜訊測量。

[先行技術文獻]

[非專利文獻1]K. K. Hung et al., IEEE TED 37 (1990) 654.

[非專利文獻2]F. N. Hooge IEEE TED 41 (1994) 1926.

[非專利文獻3]E. Simoen et al., Solid - State Electronics 43 (1999) 865.

可是，在以往的雜訊測量裝置，具有無法在是SRAM之動作頻帶之100MHz~1GHz的頻帶進行MOSFET之雜訊測量的問題。

因此，本發明係鑑於上述之問題點，目的在於提供可在數MHz以上之高頻頻帶測量雜訊的探針卡及雜訊測量裝置。

本發明的特徵為：在具有與MOS型電場效應電晶體抵接的探針，並測量該MOS型電場效應電晶體之雜訊的探針卡，設置將該MOS型電場效應電晶體之輸出信號放大的放大電路。

若依據本發明，將放大電路搭載於探針卡，並縮短MOS型電場效應電晶體與放大電路的距離。藉此，本發明係因為可抑制相位的偏差等之信號傳達的損失，所以可在高頻頻帶測量雜訊。

以下，參照圖面，詳細說明本發明之實施形態。

(1)第1實施形態 (整體構成)

第1圖所示之雜訊測量裝置2包括：穩定電源4；與該穩定電源4以電性連接的探針卡6A；及測量器10，係接收從探針卡6A所輸出之輸出信號並測量雜訊。探針卡6A係設置具有複數支(在第1圖為4支)探針的探針群8。探針群8具有閘極用探針38、汲極用探針40、源極用探針42及基板用探針44。該探針群8係在測量雜訊時尖端與形成於晶圓12的DUT14抵接。藉此，探針卡6A將DUT14與測量器10以電性連接。DUT14係成為被測量元件(Device Under Test)的MOSFET。

雜訊測量裝置2係經由探針群8對DUT14施加從穩定電源4所供給之直流電壓後，經由探針群8向測量器10輸出從該DUT14所輸出之輸出信號，藉此，在測量器10測量DUT14的雜訊。

探針卡6A係如第2圖所示，包括探針群8、與探針群 8以電性連接的第1基板16與第2基板18A、安裝部15、以及與第1基板16及第2基板18A以電性連接的電纜群20。在探針卡6A的一端藉固持部37固持探針群8，並從形成於另一端側的插穿部17向外部拉出電纜群20。第1基板16與第2基板18A係被積層。

電纜群20係由複數條電纜，在第2圖係由7條(第1至第7電纜21~27)所構成，一端係與第1基板16或第2基板18A以電性連接，另一端係分別設置連接器30。電纜群20適合使用同軸電纜。第1基板16及第2基板18A的表面係被蓋36所覆蓋。

如第3圖所示，第2基板18A係位於設置探針群8的一端與設置插穿部17的另一端之間，並配置於第1基板16的大致中央。第1電纜21與第7電纜27分別配置於第2基板18A之兩側。即，第1電纜21係從插穿部17朝向一端配置於第2基板18A的一側。又，第7電纜27係從插穿部17朝向另一端配置於第2基板18A的另一側。

第2至第6電纜22~26係從插穿部17之大致中央所引入並配置成彼此大致平行。第2至第5電纜22~25係與第2基板18A連接。第6電纜26係以未圖示的配線與源極用探針42連接。

探針卡6A係將第1遮蔽32設置於第1基板16的外緣，並將第1基板16及第2基板18A收容於該第1遮蔽32內。進而，將第2遮蔽34設置於第2基板18A的外緣，並將第2基板18A收容於該第2遮蔽34內。藉此，第2基板18A被收容於藉第1遮蔽32及第2遮蔽34所遮蔽的空間。

如第4圖所示，DUT14係設置閘極、汲極、源極分別與基板以電性連接的閘極墊46、汲極墊48、源極墊50以及基板墊52。閘極用探針38可與閘極墊46抵接，汲極用探針40可與汲極墊48抵接，源極用探針42可與源極墊50抵接，基板用探針44可與基板墊52抵接。閘極用探針38係經由設置於第1基板16的第1濾波電路58與第1電纜21連接。汲極用探針40係與設置於第2基板18A的放大電路56A連接。本實施形態之特徵性構成係將具有後述之放大電路的第2基板18A設置於探針卡6A。

放大電路56A具有放大器57、一對電容器59、61及回授電阻62。電容器59、61係申聯地設置於放大器57的輸入側及輸出側。回授電阻62係並列地設置於該放大器57。放大器57係在輸入連接汲極用探針40，並在輸出連接第4電纜24。又，第5電纜25與放大器57的電源端子連接。進而，偏壓電路54與放大器57的輸入連接。偏壓電路54與第2及第3電纜22、23連接。在本實施形態的情況，設置於放大電路56A的回授電阻62與設置於偏壓電路54的提升電阻(未圖示)係使用電阻值相異的電阻。

源極用探針42係經由第6電纜26接地。基板用探針44係經由設置於第1基板16的第2濾波電路60與第7電纜27連接。第4電纜24係經由連接器30及同軸電纜與測量器10連接。第1、第2、第6及第7電纜21、22、26、 27係經由連接器30及同軸電纜(未圖示)與穩定電源4連接。第3電纜23係與電壓計(未圖示)連接，測量將提升電阻的電壓除外之施加於汲極之淨電壓值。第5電纜25係與用以驅動放大器57的穩定電源(未圖示)連接。

(作用及效果)

在以上的構成，雜訊測量裝置2係首先，使探針群8與各墊46、48、50及52抵接。即，使閘極用探針38與閘極墊46抵接、汲極用探針40與汲極墊48抵接、源極用探針42與源極墊50抵接、基板用探針44與基板墊52抵接。此外，在使探針與墊抵接時，一面使用未圖示之顯微鏡確認位置一面進行。

接著，經由閘極用探針38及汲極墊48對DUT14的閘極及汲極施加從穩定電源4所供給之電壓。藉此，DUT14成為因應於臨限值電壓的導通狀態。於是，DUT14係電流流至源極、汲極之間。在該電流量發生變動。藉測量器10測量將發生該變動的電流變換電壓後並藉放大電路56A僅使高頻成分放大的輸出信號，作為雜訊。

本實施形態的雜訊測量裝置2係將放大電路56A搭載於探針卡6A，並縮短DUT14之汲極墊48與放大器57的距離。藉此，雜訊測量裝置2係因為可抑制相位的偏差等之信號傳達的損失，所以可在高頻頻帶測量雜訊。

順便地，以往的雜訊測量器係因為從MOSFET至信號放大/檢測器的距離長達15cm~60cm，所以發生相位的偏差等。

在第5圖表示使用如以上所示構成的探針卡6A，進行 MOSFET之雜訊測量的結果。此外，探針卡6A係以從汲極墊48至放大器57的距離為約10mm的方式所形成。MOSFET使用閘極長(L)/寬(W)為1/2.5μm的n-MOSFET。閘極SiO₂膜的厚度係3nm。施加於閘極的電壓係相對臨限值電壓，以1.0(第5圖中71)、0.8(第5圖中72)、0.6(第5圖中73)、0.4(第5圖中74)、0.2(第5圖中75)V的5種測量。在第5A圖表示測量結果。又，第5A圖中之「Noise floor」係測量在使探針群8與未通電之DUT14連接的情況之雜訊的結果。又，在第5B圖表示從第5A圖的測量結果減去「Noise floor」後變換成平均頻率之雜訊強度的結果。從第5圖，因為測量系統的Noise floor與雜訊強度不會重疊，所以確認藉由使用本實施形態的探針卡6A，正常地得到在40MHz之高頻的雜訊。在本實施形態的探針卡6A，藉由提高放大器的性能或改良實施形態，可測量至數百MHz之MOSFET的雜訊特性。

(2)第2實施形態

其次，參照第7圖至第9圖，說明第2實施形態的探針卡。此外，對與該第1實施形態相同的構成附加相同的符號，並省略說明。第7圖所示之探針卡6B係第2基板18B的構成與該第1實施形態相異。

如第8圖所示，第2基板18B具有放大電路56B。放大電路56B具有放大器57、一對電容器59、61及回授電阻62。在本實施形態的情況，放大電路56B係由單一的IC(Integrated Circuit)所構成，並配置4個電晶體。藉由依此方式使放大電路56B IC化，而探針卡6B可測量更高頻的雜訊特性。

第9圖表示使用本實施形態之探針卡6B進行DUT14之雜訊測量的結果。此外，放大電路56B係使用IBM 0.13μm、8HP SiGe BiCMOS Process所製作。

DUT14採用閘長度(L)為85nm之形成於12英吋晶圓上的MOSFET。使探針群8與該MOSFET連接後測量雜訊。閘極SiO2膜的厚度係3nm。施加於閘極的電壓係相對臨限值電壓，以0.2(第9圖中81)、0.4(第9圖中82)、及0.6(第9圖中83)V的3種測量。第9圖中之「Noise floor」係測量在使探針群8與未通電之DUT14連接的情況之雜訊的結果。從第9圖確認藉由使用本實施形態的探針卡6B，可正常地得到在比800MHz之高頻的雜訊。

本實施形態的探針卡6B係例如藉由替代示波器，使用頻譜分析儀，可用以監視在超高速時間區域的電流、或監視不僅SRAM(Static Random Access Memory)元件、記憶裝置(RRAM(登錄商標)(Resistive Random Access Memory：電阻變化記憶體)燈絲形成)或NAND型快閃記憶體的傳達，而且可靠性測試所需之超高速監視的切換等各種的現象。

(3)變形例

本發明係未限定為上述的實施形態，係可在本發明之主旨之的範圍內適當地變更。在上述的實施形態，說明在將汲極電流的變動變換成電壓後測量電壓的情況，但是本發明係未限定如此，亦可不變換成電壓而從電流直接測量雜訊，亦可根據電壓及電流之雙方測量。

2‧‧‧雜訊測量裝置

6A‧‧‧探針卡

14‧‧‧DUT(MOS型電場效應電晶體)

32‧‧‧第1遮蔽

34‧‧‧第2遮蔽

38‧‧‧閘極用探針(探針)

40‧‧‧汲極用探針(探針)

42‧‧‧源極用探針(探針)

44‧‧‧基板用探針(探針)

56‧‧‧放大電路

第1圖係表示第1實施形態之雜訊測量裝置之整體構成的方塊圖。

第2圖係表示第1實施形態之探針卡之構成的圖，第2A圖係平面圖，第2B圖係在第2A圖之A-A部分剖面圖。

第3圖係表示第1實施形態之探針卡之構成的圖，係在拆下蓋之狀態的底視圖。

第4圖係表示第1實施形態之探針卡之構成的電路圖。

第5圖係表示使用第1實施形態之雜訊測量裝置之測量結果的圖形，第5A圖係測量MOSFET之雜訊的結果，第5B圖係表示從第5A圖之測量結果減去「Noise floor」而變換成平均頻率的雜訊強度之結果的圖形。

第6圖係表示習知技術之測量例的圖形。

第7圖係第2實施形態之探針卡的相片，第7A圖係立體圖，第7B圖係在拆下蓋之狀態的底視圖。

第8圖係表示第2實施形態之探針卡之構成的電路圖。

第9圖係表示使用第2實施形態之雜訊測量裝置之測量結果的圖形。

2‧‧‧雜訊測量裝置

4‧‧‧穩定電源

6A‧‧‧探針卡

10‧‧‧測量器

8‧‧‧探針群

40‧‧‧汲極用探針

42‧‧‧源極用探針

44‧‧‧基板用探針

38‧‧‧閘極用探針

12‧‧‧晶圓

14‧‧‧DUT

Claims

一種探針卡，具有與MOS型電場效應電晶體抵接的探針，並測量該MOS型電場效應電晶體之雜訊，其特徵在於：設置將該MOS型電場效應電晶體之輸出信號放大的放大電路。
如申請專利範圍第1項之探針卡，其中包括第1遮蔽、及形成於該第1遮蔽內的第2遮蔽；該放大電路係被收容於該第2遮蔽內。
如申請專利範圍第1項之探針卡，其中該放大電路係被IC化。
一種雜訊測量裝置，具有與MOS型電場效應電晶體抵接的探針，並具有測量該MOS型電場效應電晶體之雜訊之探針卡，其特徵在於：將該MOS型電場效應電晶體之雜訊放大的放大電路設置於該探針卡。
如申請專利範圍第4項之雜訊測量裝置，其中該探針卡係具有第1遮蔽、及及形成於該第1遮蔽內的第2遮蔽；該放大電路係被收容於該第2遮蔽內。
如申請專利範圍第4項之雜訊測量裝置，其中該放大電路被IC化。