TW202040151A - 用於決定受測裝置的接合面溫度之方法及用於控制受測裝置的接合面溫度之方法 - Google Patents

用於決定受測裝置的接合面溫度之方法及用於控制受測裝置的接合面溫度之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於控制受測裝置接合面溫度的方法，包括將一逆向偏壓施加到相鄰於該受測裝置的一參考二極體；在該逆向偏壓下獲得該參考二極體的一校準電流；根據該參考二極體導出該受測裝置的該接合面溫度；及當該受測裝置的接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定值時，調整一環境溫度。

Description

用於決定受測裝置的接合面溫度之方法及用於控制受測裝置的接合面溫度之方法
本發明實施例係有關用於決定受測裝置的接合面溫度之方法及用於控制受測裝置的接合面溫度之方法。
半導體元件的二極體可具有一接合面，接合面就是兩類型半導體材料之間的半導體元件內的介面，其中該等兩類型半導體材料具有不同電氣特性，並且該等電氣特性決定半導體元件的性質。
為了在不同接合面溫度下特徵化具有改進精度的半導體元件，需要以更佳精度來判斷裝置的接合面溫度，並將裝置的接合面溫度控制在所需範圍內。藉此可執行半導體元件的特徵化，同時避免裝置的接合面溫度顯著偏離目標值的風險。
本發明的一些具體實施例提供一種用於控制受測裝置接合面溫度的方法，包括施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體；獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流；根據該參考二極體導出該受測裝置的該接合面溫度；及當該受測裝置的接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定值時，調整一環境溫度。
本發明的一些具體實施例提供一種用於決定受測裝置接合面溫度的方法，包括施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體；獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流；及根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的該接合面溫度。
本發明的一些具體實施例提供一種用於特徵化一受測裝置的方法，包括將一參考二極體和一受測裝置置於一第一環境溫度內；根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的一接合面溫度；及當該受測裝置的該接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定溫度時，調整該第一環境溫度。
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張2019年4月15日申請之美國專利申請案第16/384,579號之優先權，其全文併入本案作為參考。
下列說明提供用於實現所提供主題中不同特徵之許多不同的具體實施例或範例。以下說明組件和配置的具體範例，以簡化本發明。當然，這些僅為範例，而非限制性。例如，以下描述中在第二特徵上方或之上形成一第一特徵可包括第一和第二特徵直接接觸形成的具體實施例，並且也可包括可在第一與第二特徵之間形成的附加特徵，使得第一和第二特徵可不直接接觸的具體實施例。此外，本發明可能在各個範例中重複參考編號及/或文字。該重複的目的在於簡單和清楚，並且本身並不表示所討論的各種具體實施例及/或組態之間的關係。
此外，本說明書可使用空間相關用語，例如「下方」、「低於」、「低」、「高於」、「高」等用於描述一元件或特徵與另一元件或特徵的關係，如圖中所示。除了圖中所示的方位之外，此類空間相關用語還涵蓋裝置於使用或操作中的不同方位。該設備可以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，並且可因此解釋本說明書中使用的空間相關用語。
儘管闡述本發明廣泛範疇的數值範圍和參數是近似值，但具體範例中揭示的數值盡可能精確回報。然而，任何數值原本就包含必然由相應測試測量中發現的標準偏差所引起之某些誤差。此外，如本說明書所用，用語「大體上」、「大約」或「約」通常意指在精通技術人員可想到的值或範圍內。或者，當精通技術人員考慮時，用語「大體上」、「大約」或「約」意指在平均值的可接受標準誤差內。熟習該項技藝者可理解，可接受的標準誤差可根據不同的技術而變化。除了在操作/工作範例中，或除非另有明確說明，否則本說明書中說明的所有數值範圍、數量、值和百分比，例如材料數量、持續時間、溫度、操作條件、數量比率等等，應理解為在所有情況下都由用語「大體上」、「大約」或「約」所表示。因此，除非有相反的指示，否則本發明和文後申請專利範圍中所闡述數值參數是可根據需要變化之近似值。至少，每個數值參數至少應根據回報的有效數字之數量並通過應用普通四捨五入技術來解釋。在本說明書中，範圍可表示為從一端點到另一端點或兩個端點之間。除非另有說明，否則本說明書所揭示的所有範圍都包括端點。
為了通過改善精度的測試將裝置特徵化(characterization)，通常需要了解與裝置狀況相關的因素。例如：接合面溫度與裝置效能具高度關聯，因此其為特徵化一裝置時之一項因素。
然而，在裝置小型化和半導體元件組態的趨勢下，直接評估裝置的接合面溫度是很困難的。甚至更難以評估具有高功率密度並且在操作期間(稱為處於「導通狀態」下)易於引起過熱的發熱裝置之接合面溫度。這種發熱裝置的接合面溫度可能在一間隔期間波動或連續升高，從而偏離用於裝置效能特徵化的目標接合面溫度。實際接合面溫度與目標接合面溫度之間的差異可能導致裝置特徵化不準確，並且這種不精確的結果一方面可能被帶到上游，導致錯誤的電路設計，另一方面，使該裝置無法通過特徵化從而適當執行其指定功能。
為了改善在容許預定範圍之內具一接合面溫度之一受測裝置的特徵化之精確度，本發明提供一種用於決定受測裝置的接合面溫度之方法、一種用於控制受測裝置的接合面溫度之方法、及一種用於將受測裝置特徵化之方法。具體係，運用相鄰該受測裝置設置的一參考二極體來獲取一受測裝置的該接合面溫度。
本發明中的受測裝置包括各種類型之包含二極體的半導體元件，例如像是雷射二極體(LD)、注入雷射二極體(ILD)或發光二極體(LED)這類發熱二極體、信號發射二極體、感測器、熱感測器、用於整合至汽車電子設備中的裝置、用於整合至行動電話中的裝置(諸如行動電話中的熱感測器)等。因為該受測裝置在運作期間會發熱，因此該受測裝置的接合面溫度可能高於周圍或環境溫度。
參見第一圖，第一圖顯示根據本發明的一些具體實施例，呈現用於決定受測裝置的接合面溫度之方法的步驟流程圖。用於決定受測裝置(device under test)的接合面溫度之方法100包括獲得一參考二極體的電流─溫度特性(characteristic)(步驟101，可參考第三圖至第五圖)、將一反向偏壓施加到相鄰於該受測裝置的一參考二極體(reference diode)(步驟103，可參考第八圖和第九圖)、獲得該參考二極體在該反向偏壓下的一校準電流(操作105，可參考第八圖和第九圖)，及根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性導出該受測裝置的該接合面溫度(步驟107，可參考第八圖和第十一圖)。
參見第二圖，第二圖顯示根據本發明的一些具體實施例，呈現用於將一參考二極體特徵化之方法的步驟流程圖。用於特徵化一參考二極體的方法200包括獲得一參考二極體的電流─電壓特性(步驟201，可參考第四圖)，以及獲得該參考二極體的電流─溫度特性(步驟205，可參考第五圖)。
參見第三圖和第四圖，根據本發明的一些具體實施例，第三圖為說明逆向偏壓下的一參考二極體的示意圖，並且第四圖為例示第三圖中該參考二極體的電流─電壓特性之圖式。第三圖中該參考二極體所要接受的環境溫度可通過適當構件來控制，例如第三圖中的該參考二極體可置於可加熱吸盤(chuck)上或溫度可調的烤爐(oven)中。
在評估受測裝置11D的接合面溫度之前(如第九圖所示)，特徵化一用於導出受測裝置11D的接合面溫度之參考二極體11R。應注意，用於電流─溫度特性校準的該參考二極體及用於導出受測裝置11D的接合面溫度之該參考二極體可不同或相同。在第九圖，為了簡化起見，用於電流─溫度特性校準的該參考二極體及用於導出受測裝置的接合面溫度之該參考二極體例示為相同。
然而，如果用於電流─溫度特性校準的該參考二極體及用於導出受測裝置11D的接合面溫度之該參考二極體是不同，則其可具有相同(或至少相似)的特性。例如，其可是相同類型的LD、ILD、LED、信號發射二極體、感測器、熱感測器、用於整合至汽車電子設備的裝置，或者用於整合至行動電話的裝置(像是行動電話內置的熱感測器)。在一些具體實施例中，用於電流─溫度特性校準的該參考二極體11R可置於一基板、一晶圓、一測試載體或一裝置上或內部。在這種環境之下，為了簡明起見，用於電流─溫度特性校準的該參考二極體及用於導出受測裝置11D的接合面溫度之該參考二極體兩者在本發明中都標示為11R。
在一些具體實施例中，為了在逆向偏壓下並且在複數個感興趣的溫度點下獲得參考二極體11R的電流─電壓特性，則參考二極體11R置於例如烤爐1的內部，其中烤爐1的溫度可手動或自動調節。或者，在一些其他具體實施例中，參考二極體11R是由一吸盤19 (顯示在第八圖)支撐並加熱。為了精確控制參考二極體11R的接合面溫度，首先由烤爐1或吸盤19設置參考二極體11R要經歷的環境溫度，置於烤爐1或吸盤19內的參考二極體11R之接合面溫度在適當持續時間之後，大體上與環境溫度達到熱平衡。大體上，逆向偏壓VR 施加到接合面溫度大體上與環境溫度達到熱平衡的參考二極體11R。
具體係，由於參考二極體11R處於逆向偏壓之下(這樣該裝置可稱為處於「截止狀態」(off-state))，因此在「截止狀態」下產生的熱量可忽略不計，如此參考二極體11R的熱平衡接合面溫度相同或近似於環境溫度，即烤爐1或吸盤19的溫度。請即參考第四圖，在第一興趣溫度點Tlower 之下，通過掃描合適範圍之內的該逆向偏壓VR ，可獲得在該第一興趣溫度點Tlower 之下的參考二極體11R的電流─電壓特性，如第四圖所示。同樣地，將在一第二興趣溫度點Ttarget 及一第三興趣溫度點Tupper 等之下的校準參考二極體11R的電流─電壓特性，如第四圖所示。值得注意，複數個感興趣的溫度點可處於受測裝置11D的工作溫度範圍內。例如：受測裝置11D的操作溫度可在從約25o C至約125o C的範圍內，如此參考二極體11R的電流─電壓特性可在25o C、50o C、75o C、100o C、125o C或各種間隔之下校準。不過，本發明並不受限於此。受測裝置11D的工作溫度範圍可在其可操作溫度範圍之間，例如，其可在約1.5K至約800K的範圍內。還值得注意的是，施加到參考二極體11R用於電流─電壓特性的逆向偏壓高於在已知感興趣溫度點下之崩潰電壓VBD 。各種感興趣的溫度點可能導致不同的崩潰電壓VB ，因此，施加到參考二極體11R以獲得電流─電壓特性的該逆向偏壓應大於所有感興趣溫度點下的該崩潰電壓VB 。如第四圖所示，如本說明書使用的逆向偏壓VA 或測試逆向偏壓VA 高於第一、第二和第三感興趣溫度點Tlower 、Ttarget 、Tupper 下的崩潰電壓VBD 。
參見第四圖和第五圖，第五圖為根據本發明的一些具體實施例，例示一參考二極體的電流─溫度特性之圖式。參考二極體11R的電流─溫度特性可從第四圖中獲得的參考二極體11之的電流─電壓特性導出。具體係，考慮到崩潰電壓VBD 以選擇一測試逆向偏壓VA ，如前所述。在該已知測試逆向偏壓VA 下，通過組合參考二極體11R的接合面溫度(其相同或近似於環境溫度，即烤爐1或吸盤19的溫度，如第八圖所示)、及對應至各個感興趣溫度點下的該測試逆向偏壓VA 的該已測量逆向電流量，以獲得參考二極體11R的電流─溫度特性圖。在一些具體實施例中，就數學上之呈現，該逆向電流量可用絕對值表示。應注意，本說明書中在第五圖所示的溫度範圍(在TMAX 和TMIN 之間)對應於受測裝置11D接點的工作溫度範圍，例如先前提供，TMIN 是25℃並且TMAX 是125℃。
如第五圖所示，可用半對數圖表示參考二極體11R的電流─溫度特性圖。也就是說，該已測量逆向電流的絕對值大小以沿著y軸的對數標度來呈現，如第五圖所示。在參考二極體11R的電流─溫度特性之半對數圖中，該已測量逆向電流的絕對值以10為基底的對數(即log |Id |)與參考二極體11R的接合面溫度(與環境溫度，即烤爐1或吸盤19的溫度，相同或近似，如第八圖所示)間之關係為正向關連性。在一些具體實施例中，log |Id |和感興趣溫度點在至少一些溫度間隔內展現其間的線性關係，如第五圖所示。
參見第六圖，第六圖顯示根據本發明的一些具體實施例，呈現用於將一受測裝置特徵化的方法之步驟流程圖。用於特徵化受測裝置的方法300包括將一參考二極體和一受測裝置放置於第一環境溫度下(步驟301，可參考第八圖和第九圖)、根據該參考二極體的預定電流─溫度特性獲取該受測裝置的接合面溫度(步驟305，可參考第八圖和第九圖)，並且當該受測裝置的該接合面溫度偏離一預定溫度達到一預定溫度範圍時，調整該第一環境溫度(步驟309，可參考第八圖至第十一圖)。
參見第七圖，第七圖顯示根據本發明的一些具體實施例，呈現用於控制受測裝置的接合面溫度之方法的步驟流程圖。用於控制受測裝置的接合面溫度之方法400包括施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體(步驟401，可參考第八圖和第九圖)、獲得該參考二極體在該反向偏壓下的一校準電流(calibration current)(步驟403，可參考第八圖和第九圖)、根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性導出該受測裝置的該接合面溫度(步驟405，可參考第八圖和第九圖)，以及當該受測裝置的該接合面溫度偏離一預定值達到一預定溫度範圍時，調整一環境溫度(步驟407，可參考第八圖至第十一圖)。
參見第八圖和第九圖，第八圖為圖解例示用於測試一受測裝置的設備之示意圖，並且第九圖為圖解例示根據本發明一些具體實施例，包括一受測裝置和一參考二極體的一半導體元件之示意圖。如前所述，直接評估受測裝置11D的接合面溫度相當困難，因此本發明的參考二極體11R相鄰於受測裝置11D設置，允許其自身導出受測裝置11D的接合面溫度。在一些具體實施例中，當受測裝置11D在一順向偏壓下操作時(該裝置可稱為處於「導通狀態」(on-state)下)，受測裝置11D可產生局部影響該環境溫度的熱量。受測裝置11D的接合面溫度可高於環境溫度(可以是烤爐1的溫度或吸盤19的溫度)，從而提高相鄰設置的參考二極體11R之接合面溫度。由於位置靠近，參考二極體11R的接合面溫度可升高到相同或至少接近受測裝置11D的接合面溫度。在一些具體實施例中，為了進一步提高確定受測裝置11D的接合面溫度之準確度，參考二極體11R緊鄰受測裝置11D設置(如第九圖所示)，使得參考二極體11R的接合面溫度與受測裝置11D的接合面溫度間之差異可被忽略。
具體係，具有受測裝置11D和參考二極體11R的一基板17設置在烤爐1內，其中基板17設置在一支撐件上。在一些具體實施例中，該支撐件可為一可加熱吸盤19。在一些具體實施例中，當該支撐件為一可加熱吸盤19時，可以在周圍環境中或在沒有烤爐1的情況下進行裝置特徵化。在一些具體實施例中，如第八圖所示，該裝置特徵化可在具備可加熱吸盤19的烤爐1中進行。當烤爐1是主要的加熱控制源時，烤爐1的溫度一開始設定為第一環境溫度。在一些替代具體實施例中，當吸盤19是主要加熱控制源時，吸盤19的溫度可被認為是第一環境溫度。在一些替代具體實施例中，若基板17的溫度受到吸盤19的調節比烤爐1還要多，則吸盤19的溫度可被認為是第一環境溫度。
確定受測裝置11D在基板17上的接合面溫度之準確度，可與基板17上的參考二極體11R之密度有正向關連性。在一些具體實施例中，由於基板17上不同區域可具有受測裝置11D的不同類型及/或密度，因此每個區域都可擁有具備不同接合面溫度的受測裝置，並因此每個區域都可至少包括一參考二極體。當然，如果接合面溫度監測的精度是主要考慮因素，則可將更大量的參考二極體11R設置在特定區域中。由於基板17 (或半導體晶片)上的更多種溫度分佈，結果受測裝置11D的不同類型及/或密度可能需要更多類型及/或數量的參考二極體11R，以提高接合面溫度監控的準確度。在一些其他具體實施例中，當由於受測裝置11D的類型及/或密度均勻而使基板17具有大體上均勻溫度時，可減少參考二極體11R的數量以降低特徵化成本。
如第八圖所示，包括複數個探針的探針測試器18構成通過第一組探針將預定測試逆向偏壓VA (如先前在第四圖和第五圖中所討論的)施加到參考二極體11R，同時通過第二組探針向受測裝置11D施加順向偏壓。如前所述，受測裝置11D可在順向偏壓下產生熱量，而參考二極體11R可在逆向偏壓下產生可忽略的熱量。如果受測裝置11D和參考二極體11R彼此遠離設置，以在熱傳導方面相互影響最小，則受測裝置11D的接合面溫度可高於第一環境溫度，並且參考二極體11R的接合面溫度可接近第一環境溫度。然而，如果受測裝置11D和參考二極體11R彼此足夠靠近設置，以在熱傳導方面最大化相互影響，則參考二極體11R的接合面溫度可升高到相同的程度或接近受測裝置11D的接合面溫度。換句話說，可通過獲得或探測參考二極體11R的接合面溫度來導出受測裝置11D的近似接合面溫度。探針測試器18上的第一組探針可在該測試逆向偏壓VA 下，獲得由參考二極體11R產生的偏壓電流。根據第五圖所示的電流─溫度特性，參考二極體11R產生的偏壓電流或該測量電流可進一步與參考二極體11R的接合面溫度有關聯性。隨後，可認定參考二極體11R的接合面溫度近似或相同於受測裝置11D的接合面溫度。
再次參見第五圖，理想上該裝置特徵化在第一環境溫度下進行，當達到熱平衡時，該第一環境溫度也可認定為是受測裝置11D的接合面溫度。然而，由於受測裝置11D可為發熱裝置，因此受測裝置11D的接合面溫度可升高到在一段時間之後偏離預定目標溫度或由於第一環境溫度波動而偏離目標值的程度。這種偏離可能導致受測裝置11D的特徵化結果錯誤。因此，控制受測裝置11D的接合面溫度不偏離預定目標溫度Ttarget 超過預定溫度範圍。換句話說，將受測裝置11D的接合面溫度控制在溫度臨界上限Tupper 與溫度臨界下限Tlower 之間。該預定目標溫度Ttarget 在溫度臨界上限Tupper 與溫度臨界下限Tlower 之間，例如：受測裝置11D的接合面溫度控制在低於該預定目標溫度Ttarget 加3o C (即Tupper = Ttarget + 3o C)並高於該預定目標溫度Ttarget 減去3o C (即Tlower = Ttarget - 3o C)。當然，該預定溫度範圍可為基於其他考慮因素的其他量，例如裝置特徵化精度或成本的要求。在一些具體實施例中，該預定目標溫度Ttarget 可不同於第一環境溫度。在一些具體實施例中，該預定目標溫度Ttarget 可相同於第一環境溫度。
為了確定受測裝置11D的接合面溫度是否偏離該預定目標溫度Ttarget 超過預定溫度範圍(即在溫度臨界上限Tupper 與溫度臨界下限Tlower 之間的範圍之外)，通過利用參考二極體11R的電流─溫度特性，從該預定溫度範圍導出預定電流範圍。換句話說，在參考二極體11R的電流─溫度特性圖上，電流臨界上限Iupper 對應於溫度臨界上限Tupper ，電流臨界下限Ilower 對應於溫度臨界下限Tlower ，並且目標電流幅度Itarget 對應於該預定目標溫度Ttarget 。由於可由探針測試器18的第一組探針接腳直接測量參考二極體11R在該測試逆向偏壓VA 下產生的該逆向電流，因此可利用該逆向電流的大小來決定參考二極體11R的該接合面溫度(其與受測裝置11D的接合面溫度相同或相似)是否在溫度臨界上限Tupper 與溫度臨界下限Tlower 間之範圍外。因此，如果測量的逆向電流絕對值大於電流臨界上限Iupper ，或者如果測量的逆向電流絕對值小於電流臨界下限Ilower ，則由烤爐1提供及/或由吸盤19提供的該環境溫度可調整，使得受測裝置11D的接合面溫度可控制在溫度臨界下限Tlower 與溫度臨界上限Tupper 之間的範圍內。
例如，在從該預定溫度範圍推導出該預定電流範圍的情況下，電流臨界上限Iupper 對應於該預定目標溫度Ttarget 加3o C (即Tupper = Ttarget + 3o C)，並且電流臨界下限Ilower 對應於該預定目標溫度Ttarget 減去3o C (即Tlower = Ttarget - 3o C)。在第一環境溫度下，如果測量的逆向電流絕對值不在該範圍內，則可確定參考二極體11R的接合面溫度高於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃或低於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃。因此，當參考二極體11R的接合面溫度高於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃時，表示受測裝置11D的接合面溫度大約高於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃，控制器27可指示烤爐加熱器28或吸盤加熱器28'將第一環境溫度降低成第二環境溫度。同樣地，當參考二極體11R的接合面溫度低於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃時，表示受測裝置11D的接合面溫度大約低於該預定目標溫度Ttarget 超過3℃，控制器27可指示烤爐加熱器28或吸盤加熱器28'將第一環境溫度提高成第二環境溫度。
參見第五圖、第八圖、第十圖和第十一圖，根據本發明的一些具體實施例，第十圖為例示在一期間內的受測裝置的接合面溫度變化之圖式，並且第十一圖為例示在一期間內的參考二極體的電流變化之圖式。受測裝置11D的該接合面溫度與該環境溫度有正向關聯性。如先前在第五圖中所討論，為了穩定受測裝置11D的接合面溫度並將受測裝置11D的接合面溫度控制在溫度臨界下限Tlower 與溫度臨界上限Tupper 之間的範圍內，如第十圖所示，然後可根據測量的逆向電流，調節烤爐1及/或吸盤19的環境溫度。為了通過調節烤爐1及/或吸盤19的環境溫度來促進控制受測裝置11D的接合面溫度之準確性，使用控制器27。控制器27連接至烤爐加熱器28及/或吸盤加熱器28'，以控制供應至基板17的熱通量。控制器27控制烤爐加熱器28及/或吸盤加熱器28'，以穩定受測裝置11D的接合面溫度、降低溫度波動及/或高於或低於該預定溫度範圍的趨勢。
構成偵測基板17、烤爐加熱器28及/或吸盤加熱器28'的溫度之溫度偵測器29可選擇性納入，以通過對控制器27提供誤差回饋來提高溫度控制的精度。在一些具體實施例中，控制器27可為一比例積分微分控制器(PID)控制器。在一些其他具體實施例中，控制器27可為一比例積分控制器(PI)控制器、比例微分控制器(PD)控制器、比例控制器(P控制器)或積分控制器(I控制器)。控制器的選擇可基於受測裝置11D的類型及用於限制溫度波動的該預定溫度範圍。例如，比例積分微分控制器(PID)控制器可更靈敏地改變溫度變化；而比例積分控制器(PI)控制器可更穩定。換句話說，控制器27可通過偵測由相鄰於受測裝置11D設置的參考二極體11R所產生之測量的逆向電流，以補償受測裝置11D的接合面溫度之趨勢/波動。
如第十一圖所示，通過調節環境溫度，可在特徵化受測裝置11D的特定間隔期間，將由參考二極體11R產生之測量的逆向電流絕對值控制在從電流臨界上限Iupper 到電流臨界下限Ilower 的範圍內。這顯示特徵化具有較小誤差的受測裝置11D之特定間隔期間，受測裝置11D的接合面溫度(與參考二極體11R的接合面溫度相同或相似)可控制在從溫度臨界上限Tupper 到溫度臨界下限Tlower 的範圍內，因為源自於參考二極體11R接合面溫度的受測裝置11D接合面溫度經過精確測量與控制。
在受測裝置11D的接合面溫度穩定後，可進行受測裝置11D的特性測試。例如，探針測試器18可通過電壓掃描測量受測裝置11D的電流─電壓特性。在受測裝置11D的接合面溫度穩定之後，探針測試器18也可對各種裝置特性進行其他測試或特徵化。
在本發明中，控制器27可通過軟體實現，使得本說明書所揭示的方法可自動或半自動執行。針對已知的電腦，軟體常式可儲存在儲存裝置內，像是永久記憶體。或者，軟體常式可為使用任何機器可讀取儲存媒體所儲存的機器可執行指令，這些媒體有例如軟碟、CD-ROM、磁帶、數位視訊或多功能光碟(DVD)、雷射碟、ROM、快閃記憶體等。可從遠端儲存裝置(例如網路上的伺服器)接收一系列指令。本發明還可在硬體系統、微控制器單元(MCU)模組、分散式硬體或韌體中實現。
由於難以直接測量受測裝置的接合面溫度，特別是具有高功率密度的發熱裝置之接合面溫度，因此本發明提供一種確定受測裝置11D接合面溫度的方法。通過相鄰於受測裝置11D設置的參考二極體11R，參考二極體11R的接合面溫度可升高到相同或接近於受測裝置11D的接合面溫度，如此在預定逆向偏壓之下由參考二極體11R產生之測量的逆向電流可指示參考二極體11R的接合面溫度，及指示受測裝置11D的接合面溫度。
此外，由於受測裝置11D的接合面溫度可至少在特徵化開始時波動或在一段時間後連續升高，因此控制器27構成調整由烤爐1及/或由吸盤19調節之環境溫度。 改變環境溫度以影響受測裝置11D的接合面溫度。過將受測裝置11D的接合面溫度控制在預定範圍內，如此可用更佳的精度執行特徵化受測裝置11D的操作。
本發明的一些具體實施例提供一種用於控制受測裝置接合面溫度的方法，包括施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體；獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流；根據該參考二極體導出該受測裝置的該接合面溫度；及當該受測裝置的接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定值時，調整一環境溫度。
本發明的一些具體實施例提供一種用於決定受測裝置接合面溫度的方法，包括施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體；獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流；及根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的該接合面溫度。
本發明的一些具體實施例提供一種用於特徵化一受測裝置的方法，包括將一參考二極體和一受測裝置置於一第一環境溫度內；根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的一接合面溫度；及當該受測裝置的該接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定溫度時，調整該第一環境溫度。
上面概述數個具體實施例的特徵，使得熟習此項技術者可更佳理解本發明的態樣。熟習此項技術者應理解，其可容易使用本發明作為設計或修改其他操作和結構之基礎，以實現相同目的及/或實現本說明書所引用具體實施例的相同優點。熟習此項技術者還應認識到，這樣的同等構造不悖離本發明的精神和範疇，並且在不悖離本發明的精神和範疇之情況下，可進行各種改變、替換和變更。
再者，本發明之範疇並不受限於該說明書中所說明之程序、機器、製造、物質組成、構件、方法及步驟之特定具體實施例。從本發明之揭示內容，熟習此項技術者將容易明白，根據本發明可使用目前已存在或以後將要開發的執行與本說明書所說明之對應具體實施例相同之功能或獲得實質上相同結果之程序、機器、製造、物質組成、構件、方法或步驟。因此，希望文後申請專利範圍在其範疇內包括此類程序、機器、製造、物質組成、構件、方法或步驟。
1:烤爐 11D:受測裝置 11R:參考二極體 17:基板 18:探針測試器 19:吸盤 27:控制器 28:烤爐加熱器 28':吸盤加熱器 29:溫度偵測器 100:方法 200:方法 300:方法 400:方法
從下列實施方式連同附圖的說明可更佳瞭解本發明的態樣。注意，根據產業中的標準實踐，各種特徵件並未按比例繪製。實際上，為了清晰起見，任意放大或縮小各種特徵件的尺寸。
第一圖顯示根據本發明的一些具體實施例呈現用於決定受測裝置的接合面溫度之方法的各個步驟流程圖。
第二圖顯示根據本發明的一些具體實施例呈現用於將一參考二極體特徵化之方法的各個步驟流程圖。
第三圖為根據本發明的一些具體實施例例示在逆偏壓下的一參考二極體之示意圖。
第四圖為根據本發明的一些具體實施例例示一參考二極體的電流─電壓特性之圖式。
第五圖為根據本發明的一些具體實施例例示一參考二極體的電流─溫度特性之圖式。
第六圖顯示根據本發明的一些具體實施例呈現用於將一受測裝置特徵化之方法各個步驟的流程圖。
第七圖顯示根據本發明的一些具體實施例呈現用於控制受測裝置的接合面溫度之方法各個步驟的流程圖。
第八圖為根據本發明的一些具體實施例例示用於測試一受測裝置的設備之示意圖。
第九圖為根據本發明的一些具體實施例例示包括一受測裝置及一參考二極體的半導體設備之示意圖。
第十圖為根據本發明的一些具體實施例例示在一期間內的受測裝置的接合面溫度變化之圖式。
第十一圖為根據本發明的一些具體實施例例示在一期間內的參考二極體的電流變化之圖式。
100:方法

Claims (20)

  1. 一種用於控制一受測裝置的接合面溫度之方法，包括： 施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體； 獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流； 根據該參考二極體導出該受測裝置的該接合面溫度；及 當該受測裝置的接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定值時，調整一環境溫度。
  2. 如請求項1之方法，其中在複數個溫度點下執行將該逆向偏壓施加到該參考二極體。
  3. 如請求項1之方法，其中根據該參考二極體導出該受測裝置的該接合面溫度包括參考該參考二極體的一預定電流─溫度特性。
  4. 如請求項1之方法，其更包括在施加該逆向偏壓至該參考二極體時，施加一順向偏壓至該受測裝置。
  5. 如請求項1之方法，其中調整該環境溫度包括當該接合面溫度低於該預定值大約3度時，提高該環境溫度。
  6. 如請求項1之方法，其中調整該環境溫度包括當該接合面溫度高於該預定值大約3度時，降低該環境溫度。
  7. 如請求項1之方法，其中調整該環境溫度包括調整將該受測裝置和該參考二極體置於其中的一烤爐或一吸盤之溫度。
  8. 如請求項3之方法，其中當該參考二極體的一測量電流偏離一預定電流範圍的一預定值時，調整該環境溫度。
  9. 如請求項8之方法，其更包括根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，從該預定溫度範圍導出該預定電流範圍。
  10. 一種用於決定一受測裝置的接合面溫度之方法，包括： 施加一逆向偏壓到相鄰於該受測裝置的一參考二極體； 獲得該參考二極體在該逆向偏壓下的一校準電流；及 根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的該接合面溫度。
  11. 如請求項10之方法，其中該參考二極體緊鄰該受測裝置。
  12. 如請求項10之方法，其中導出該受測裝置的該接合面溫度更包括在施加一順向偏壓至該受測裝置時，獲得在該逆向偏壓之下的該參考二極體之一測量電流。
  13. 如請求項10之方法，其中在複數個溫度點上該逆向偏壓之下，測量該參考二極體的該預定電流─溫度特性。
  14. 一種用於特徵化一受測裝置之方法，包括： 將一參考二極體和一受測裝置置於一第一環境溫度內； 根據該參考二極體的一預定電流─溫度特性，導出該受測裝置的一接合面溫度；及 當該受測裝置的該接合面溫度偏離一預定溫度範圍的一預定溫度時，調整該第一環境溫度。
  15. 如請求項14之方法，其中該預定溫度範圍在正負3度之內。
  16. 如請求項14之方法，其中導出該受測裝置的該接合面溫度更包括同時施加一逆向偏壓至該參考二極體及施加一正向偏壓至該受測裝置。
  17. 如請求項16之方法，其中在複數個溫度點上該逆向偏壓之下，測量該參考二極體的該預定電流─溫度特性。
  18. 如請求項17之方法，其中該等複數個溫度點在從約攝氏25度至攝氏125度的範圍內。
  19. 如請求項14之方法，其中調整該第一環境溫度包括當該受測裝置的該接合面溫度高於該預定溫度範圍的該預定溫度時，將該第一環境溫度降低至一第二環境溫度。
  20. 如請求項14之方法，其中通過一比例積分微分(PID)控制器來調整該第一環境溫度。
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