專利名稱：半導體參數(shù)測試儀器的測試探針的電阻測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體測試領域，尤其涉及一種半導體參數(shù)測試儀器的測試探針的電阻測試方法。
背景技術：
參數(shù)測試的目的是確定半導體制程的特性，通常涉及電氣參數(shù)測試和四種主要的半導體器件的特性表征，這四種器件包括電阻、二極管、晶體管和電容器。其它的測試結構都可以歸入這四種器件或這些器件的組合。絕大多數(shù)參數(shù)測試都包括電流-電壓(IV)測試或者電容-電壓(CV)測試。半導體參數(shù)測試的主要測量資源是源/監(jiān)視單元，有時候也稱為源/測量單元，縮寫為SMU。SMU是一種非常精確的供電設備，它不僅可以提供測量分辨率小于5 μ V的電壓源，還可以提供測量分辨率低于lfA(飛安，I(T15A)的電流源。SMU還提供了遠端檢測功能并擁有集成了雙極型電壓和吸收功率能力的四象限輸出功能。最后，SMU可以提供線性掃描電壓和掃描電流，能夠獲得儀器的IV特性曲線。如圖I所示，為一個簡化的SMU等效電路。由于SMU測試的主要都是通過電流極小(可低至lfA)、內(nèi)阻也較小(一般小于 10Ω)的器件或者電路，所以，測試時候的除了被測試器件以外的電阻對測試精度的影響也是很大的。而無論是導線還是測試儀器的探針都是不完美的導體。用于連接儀器與被測器件的一切都存在一定的固有電阻(盡管電阻可能非常小)。如果，被測器件的電阻比O. I Ω 大幾個數(shù)量級，就可以忽略掉探針和導線的電阻以及探針和被測器件的接觸電阻對測試的影響。但是，如果測量電阻不到10Ω的器件時，探針和導線的電阻以及探針和被測器件的接觸電阻引入的誤差就會嚴重影響測試結果的準確性。因而，需要精確的測量出探針和導線的電阻以及探針和被測器件的接觸電阻的總值，以便于除去其對于測試結果的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是精確的測量出測試探針的電阻(包括探針和導線的電阻以及探針和被測器件的接觸電阻)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種半導體參數(shù)測試儀器的測試探針的電阻測試方法，所述參數(shù)測試儀器至少包括四個測試探針，分別為第一測試探針、第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針，所述參數(shù)測試儀器可以通過測試探針提供設定值大小的電流、 電壓或測量測試點的電壓、電流；所述電阻測試方法包括把四個測試探針共同放在同一測試金屬塊上，然后進行以下兩個步驟設置第一測試探針提供第一電流、第一電壓，第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針分別設定電壓為零，同時測試電流；設置第一測試探針提供第二電流、第二電壓，第二測試探針設定電流為零并測試電壓，第三測試探針和第四測試探針提供設定電壓為零，同時測試電流?？蛇x的，所述參數(shù)測試儀器的電流測試范圍為IfA O. 1A，電壓測試范圍為 2μ V 100V?？蛇x的，所述參數(shù)測試儀器的電流測試分辨率小于等于10fA，電壓測試分辨率小于等于5 μ V?？蛇x的，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有源/監(jiān)測單元?？蛇x的，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有電壓單元?？蛇x的，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有電壓監(jiān)測單元?？蛇x的，所述測試金屬塊的電阻值為ηΧ1(Γ3Ω，η小于10?？蛇x的，所述測試探針的電阻值為O. 2 5Ω。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠較快且精準的測量出四個測試探針的電阻值。本發(fā)明的測試方法，在測試的兩個階段，都保持四個被測探針都參與測試，所以在這兩個測試階段，四個探針各自與測試金屬塊的接觸電阻對測試結果的影響效果基本上一致。與原來的測試方法相比，可以得到更精準的測試結果。


圖I是簡化的SMU等效電路的示意圖。圖2至圖6為一種現(xiàn)有的測試探針的電阻測試方式的示意圖。圖7至圖11為另一種現(xiàn)有的測試探針的電阻測試方式的示意圖。圖12至圖19為本發(fā)明的測試探針的電阻測試方式的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種新的測試半導體參數(shù)測試儀器的測試探針電阻的方法，所測的測試探針電阻值很小，每個測試探針的電阻值一般為O. 2 5Ω。本發(fā)明其不僅能夠快速精確的測出多個探針的電阻，還可以得到對同一個探針的多個結果，通過求平均值使得測試得到的電阻值更準確，并且其測試結果可以消除掉非儀器因素對測量得到的電阻值的影響。本發(fā)明的測試方法主要包括把參數(shù)測試儀器的四個測試探針共同放在同一測試金屬塊上，然后進行以下兩個步驟全測步驟設置第一測試探針提供第一電流、第一電壓，第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針分別設定電壓為零，同時測試電流；單測步驟設置第一測試探針提供第二電流、第二電壓，第二測試探針設定電流為零并測試電壓，第三測試探針和第四測試探針提供設定電壓為零，同時測試電流。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。本發(fā)明的測試方法適用于電流測試范圍為IfA O. 1Α、電壓測試范圍為2μν 100V、電流測試的分辨率小于等于10fA、電壓測試分辨率小于等于5 μ A的半導體參數(shù)測試儀。本實施例以測試儀器精密半導體參數(shù)測試儀Agilent SMU4156為例來詳細說明本發(fā)明的測試方法。Agilent 31^4156其固定配置有4父51^(源/監(jiān)測單元)、2父￥5^電壓單元)、
2X VMU (電壓監(jiān)測單元)，電流測量分辨率為lfA，電壓測量分辨率為O. 2 μ V (使用VMU)。具體的，其具有四個探針用于測試器件的參數(shù)。每個探針均可以按分析儀設置的值輸出電流、電壓，也可以測試測試點處的電流、電壓。其中，運用本發(fā)明的方法和規(guī)律并不僅限于測試四個探針電阻，同技術領域人員很容易可以推及到同時測其它數(shù)量的探針的電阻。一般的測試探針的電阻的方式如圖2所示，探針I(yè)、探針3和探針4 一起放在測試金屬塊700上。所述測試金屬塊700其電阻值非常小，為ηΧ10_3Ω，η小于10?？梢钥醋鰹橐粔K理想的完美導體。各個探針進行的設置分別為探針I(yè)設定輸出電流為il，檢測到電壓為Vl ;探針3檢測到電壓為vpad(即測試金屬塊處的電壓)；探針4設置輸出電壓v4 = O。其中，探針I(yè)輸出電流iI流到探針4，由于探針I(yè)具有電阻，會存在電壓Vl且大于零，則大于v4 = O。探針3檢測到測試金屬塊700的電壓為vpad。由于把測試金屬塊的電阻看做為零，把探針I(yè)、探針3和探針4的電阻(包括探針和導線的電阻以及探針和被測器件的接觸電阻)分別看做為等效電阻R1、R3、R4。則圖2的等效電路如圖3所示，探針I(yè)的等效電阻Rl和探針4的等效電阻R4串聯(lián)，兩端壓降為(vl_v4)，其值為vl，通過電流il，探針3檢測點處檢測到的電壓為vpad。圖3的等效電路如圖4所示。由此可以計算出探針I(yè) 和探針4的等效電阻Rl和R4 Rl = (vl-vpad) /ilR4 = (vpad-0) /il一般情況下，采用設置多次不同的il值，進行多次測試得到多個測試結果，從而盡量減小測試誤差。如圖5、圖6所示，設置10個不同的il值進行多次測試得到的值。其中圖5為 il-vl、vpad的圖，圖6為il-Rl、R4(圖6中縱坐標顯示的rl、r4分別對應Rl、R4)的圖。 這樣的方法，一次利用三根探針，卻只能測試兩個探針的等效電阻值。并且精度不夠高。另一種現(xiàn)有的測試探針電阻的測試方式如圖7至圖10所示，探針I(yè)、探針2、探針 3和探針4 一起放在測試金屬塊700上，每次測量使用兩根探針。各個探針進行的設置分別為探針I(yè)設定輸出電壓為Vl'；探針2設置輸出電壓v2'，檢測電流，檢測結果記為il2'；記探針I(yè)和探針2之間的電壓為vl2'，其中，vl2' = v2/，電流為i 12'， 則有Rl+R2 = vl2' /il2/
探針1設定輸出電壓為vl';探針3設置輸出電壓v3'，檢測電流，檢測結果記為 il3'；記探針1和探針3之間的電壓為vl3'，其中，vl3' = v3/ _vl'，電流為il3'， 則有Rl+R3 = vl3' /il3'探針1設定輸出電壓為vl'；探針4設置輸出電壓v4'，檢測電流，檢測結果記為il4'；記探針1和探針4之間的電壓為vl4'，其中，vl4' = v4/，電流為il4'， 則有R1+R4 = vl4' /iW探針2設定輸出電壓為v2'；探針3設置檢測電壓v3'，檢測電流，檢測結果記為i23'；記探針2和探針3之間的電壓為v23'，其中，v23' = v3/ -v2/，電流為i23'， 則有R2+R3 = v23' /i23'一般情況下，采用設置多次不同的電流值，進行多次測試得到多個測試結果，從而 盡量減小測試誤差。如圖11所示，設置10個不同的il值進行多次測試得到的值。(圖11中，Rprobel 為 Rl, Rprobe2 為 R2, Rprobe3 為 R3, Rprobe4 為 R4。)這樣的方法測試四個探針的等效電阻值需要測量4次，得到4個方程，才可以計算 出4個探針電阻的等效電阻值。本發(fā)明在這樣的基礎上，改進了測試探針的等效電阻的方法，其包括兩個階段。全測步驟設置第一測試探針提供第一電流、第一電壓，第二測試探針、第三測試 探針和第四測試探針分別設定電壓為零，同時測試電流；如圖12所示，四個探針探針1 (第一探針)、探針2 (第二探針)、探針3 (第三探 針)和探針4(第四探針)擺放在測試金屬塊700上。所述測試金屬塊700其電阻值非常小，為nX 10_3 Q，n小于10，可以看做為一塊理 想的完美導體。但是其電阻對測試的影響和測量方法有關系，如一個長方體，從長的兩頭量 的電阻會比短的兩頭測量的電阻大，在本實施例中，測試金屬塊700的電阻值是指其在測 試中表現(xiàn)出的串聯(lián)電阻。一般的，本實施例中的探針的電阻值的范圍為0. 2 5Q。各個探針進行的設置分別為探針1設定輸出電流II (II >0)，檢測到電壓為VI ；探針2設置輸出電壓V2 = 0，檢測電流，檢測結果記為12 ；探針3設置輸出電壓V3 = 0，檢測電流，檢測結果記為13 ；探針4設置輸出電壓V4 = 0，檢測電流，檢測結果記為14。由于探針1的電壓VI > 0，而探針2、探針3和探針4的電壓均為零(等效為接 地)，即有，電流從探針1流出，分別分流到探針2、探針3和探針4。則這一步驟的等效的電 路原理圖為圖13所示，表示為電流II從探針1流出，分流到探針2、探針3和探針4所在的 支路，分別為電流12、13、14。再做圖13的等效電路如圖14所不，探針1和探針4之間的電壓為Vl (具體為V1-0)，電流Il流過探針I(yè)的等效電阻Rl，然后分別流到探針2的等效電阻R2、探針3的等效電阻R3和探針4的等效電阻R4的所在的支路，其電流分別為12、13 和14。則有，R2 = Vpad/I2R3 = V pad/13R4 = V pad/14V pad = Vl-Rl XIl圖15所示為10次測量對應的Vl和II、12、13、14關系曲線。單測步驟設置第一測試探針提供第二電流、第二電壓，第二測試探針設定電流為零并測試電壓，第三測試探針和第四測試探針提供設定電壓為零，同時測試電流。如圖16所示，四個探針探針I(yè) (第一探針)、探針2 (第二探針)、探針3 (第三探針)和探針4(第四探針)擺放在測試金屬塊700上。所述測試金屬塊700其電阻值非常小，大約為幾μ Ω，可以看做為一塊理想的完
美導體。各個探針進行的設置分別為探針I(yè)設定輸出電流11'，測量電壓為Vl'；探針2設置輸出電流12'，其中12' =0，檢測電壓為V2'；探針3設置輸出電壓V3' = 0，檢測電流，檢測到電流為13'；探針4設置輸出電壓V4' = 0，檢測電流，檢測到電流為14'。則這一步驟的等效的電路原理圖為圖17所示，表示為電流11'從探針I(yè)流出，分流到探針3和探針4所在的支路，分別為電流13'、14'。探針檢測各支路交點處的電壓 Vpad(Ν21 ) ο再做圖17的等效電路如圖18所不,探針I(yè)和探針3或探針I(yè)和探針4之間的電壓為Vl'(具體為Vl' -0)，電流11'流過探針I(yè)的等效電阻R1，然后分別流到探針 3的等效電阻R3和探針4的等效電阻R4的所在的支路，其電流分別為13'和14'。則有，Rl' = (VI, -Υ2' )/11'設置11' = II，則Rl = Rl'，然后將這次測量得到的Rl值代入上次測量的最后一個公式中就可以計算出Vpad,最后求出R2, R3, R4。其中，探針電阻和電流有關，這是跟探針的導電機制有關系，比如I毫安電流測量的電阻為O. 2歐姆，10毫安電流測量的電阻O. 206 O. 21歐姆。但是探針電阻和電流的相關度不會太大，所以測量的過程中可以直接設置Il和11'相等，不需要通過調(diào)節(jié)Vl'而使得11'和Il相同。在單測步驟階段，還有Vpad/13, = R3'和 Vpad/1V = R4'。最后還可以根據(jù)全測步驟和單測步驟得到的探針3的電阻R3和R3'、探針4的電阻R4和R4'來互相驗證，以及求平均值來更好的消除誤差。圖19所示為設置10個不同的11'值進行多次測試得到的不同的探針I(yè)、探針2、 探針3和探針4的等效電阻Rl、R2、R3和R4(圖中Rprobel等的不意同圖11)。本發(fā)明的測試方法，在全測步驟和單測步驟兩個階段，都保持探針I(yè)、探針2、探針3和探針4這四個被測探針都參與測試，所以在這兩個測試階段，四個探針各自的電阻與測試金屬塊700的接觸電阻對測試結果的影響效果基本上一致。與原來的測試方法相比，可以得到更精準的測試結果。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種半導體參數(shù)測試儀器的測試探針的電阻測試方法，所述參數(shù)測試儀器至少包括四個測試探針，分別為第一測試探針、第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針，所述參數(shù)測試儀器可以通過測試探針提供設定值大小的電流、電壓，并可以通過測試探針測量測試點的電壓、電流，其特征在于，所述電阻測試方法包括把四個測試探針共同放在同一測試金屬塊上，然后進行以下兩個步驟設置第一測試探針提供第一電流、第一電壓，第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針分別設定電壓為零，同時測試電流；設置第一測試探針提供第二電流、第二電壓，第二測試探針設定電流為零并測試電壓， 第三測試探針和第四測試探針提供設定電壓為零，同時測試電流。
2.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述參數(shù)測試儀器的電流測試范圍為IfA O. 1A，電壓測試范圍為2 μ V 100V。
3.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述參數(shù)測試儀器的電流測試分辨率小于等于10fA，電壓測試分辨率小于等于5 μ V。
4.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有源/ 監(jiān)測單元。
5.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有電壓單元。
6.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述參數(shù)測試儀器內(nèi)部設置有電壓監(jiān)測單元。
7.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述測試金屬塊的電阻值為 ηΧ1(Γ3Ω，η 小于 10。
8.如權利要求I所述的電阻測試方法，其特征在于，所述四個測試探針中的每個測試探針的電阻值為O. 2 5Ω。
全文摘要
一種半導體參數(shù)測試儀器的測試探針的電阻測試方法，參數(shù)測試儀器至少包括第一測試探針、第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針，測試儀器可以通過測試探針提供設定值大小的電流、電壓或測量測試點的電壓、電流，所述方法為把四個測試探針共同放在同一測試金屬塊上，然后進行以下兩個步驟設置第一測試探針提供第一電流、第一電壓，第二測試探針、第三測試探針和第四測試探針分別設定電壓為零，同時測試電流；設置第一測試探針提供第二電流、第二電壓，第二測試探針設定電流為零并測試電壓，第三測試探針和第四測試探針提供設定電壓為零，同時測試電流。通過該方法，能夠較快且精準的測量出多個測試探針的電阻值。
文檔編號G01R27/14GK102590630SQ20121005200
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權日2012年3月1日
發(fā)明者范象泉 申請人:上海宏力半導體制造有限公司