晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置

1.本发明涉及晶圆级测试技术，尤其涉及晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置。


背景技术：

2.在半导体集成电路技术中，半导体集成电路中的各种元器件通过半导体集成电路制造工艺形成在晶圆上。在晶圆制造完成之后，晶圆测试是非常重要的，测试设备通过与元器件的外接触电极接触，测试其电气特性，以判断晶圆上的元器件是否符合出厂标准。电气特性测试完成后，利用切割机分割各元器件，之后完成封装并出售，因此电气特性测试至关重要。


技术实现要素：

3.本发明在于提供一种晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置，其特征在于，包括：晶圆，置于晶圆卡盘上，其中晶圆上包括多个开关元器件，多个开关元器件均包括第一电极和第二电极，多个开关元器件的第一电极互相连接，并多个开关元器件的第一电极位于晶圆的第一面，晶圆卡盘通过晶圆的第一面支撑晶圆，多个开关元器件的第二电极均位于晶圆的第二面，晶圆的第二面与晶圆的第一面为晶圆的两相对面，并多个开关元器件均可通过一开关控制信号的控制使得第一电极与第二电极电连通；探针卡，探针卡的与晶圆的第二面面对的一侧上设置多个探针，其中一第一探针接触多个开关元器件中的一第一开关元器件的第二电极，一第二探针接接触多个开关元器件中的一第二开关元器件的第二电极；以及开关元件驱动电路，连接晶圆上的多个开关元器件，用于输出所述开关控制信号。
4.更进一步的，当测试第一开关元器件的电气特性时，所述开关控制信号控制使得至少一第二开关元器件处于导通状态，读取从第一探针和第二探针输出的信号，并根据从第一探针和第二探针输出的信号获得第一开关元器件的电气特性。
5.更进一步的，所述第一探针和所述第二探针均位于所述探针卡的与所述晶圆直接面对的区域范围内。
6.更进一步的，所述第二开关元器件为晶圆上与所述第一开关元器件相邻排布的开关元器件。
7.更进一步的，所述第二开关元器件为晶圆上与所述第一开关元器件在x轴或y轴方向上相邻排布的开关元器件。
8.更进一步的，所述第二开关元器件为晶圆上与所述第一开关元器件成斜角相邻排布的开关元器件。
9.更进一步的，所述第二开关元器件与所述第一开关元器件之间间隔至少一个开关元器件。
10.更进一步的，导通的第二开关元器件的个数为多个，所述第二探针包括多个探针，其中多个第二探针与导通的多个第二开关元器件的第二电极一一对应接触。
附图说明
11.图1为典型的晶圆测试系统结构示意图。
12.图2为晶圆上mosfet的电路原理示意图。
13.图3为本发明一实施例的晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置示意图。
14.图4为晶圆上开关元器件的分布示意图。
15.图5为晶圆上开关元器件的电路示意图。
具体实施方式
16.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.应当理解，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在
…
上”、“与
…
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在
…
上”、“与
…
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
18.空间关系术语例如“在
…
下”、“在
…
下面”、“下面的”、“在
…
之下”、“在
…
之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
…
下面”和“在
…
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
19.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
20.请参阅图1，图1为典型的晶圆测试系统结构示意图。晶圆测试系统包括晶圆测试设备，如图1所示，晶圆测试设备通常包括探针卡110，探针卡110的一侧设置有多个探针，如第一探针121、第二探针122和第三探针123。晶圆测试系统还包括探测器，探测器将晶圆210
固定于晶圆卡盘220上，将探针与晶圆210上的元器件的电极接触而进行电气特性测试，在进行电气特性测试时对各元器件的电极施加电流或电压以测定其特性。
21.mosfet(场效应晶体管)、igbt(insulated gate bipolar transistor:绝缘栅双极晶体管)等元器件为半导体集成电路中常用的器件，其通常在晶圆的第二面包括电极(常称为芯片表面电极)，并且在晶片的第一面也包括电极(常称为芯片背面电极)。如图1所示，对于mosfet，晶圆的第二面包括源极(s)和栅极(g)，而漏极(d)常设置在晶圆的第一面，晶圆的第二面与晶圆的第一面为晶圆的两相对面。测试mosfet的动态电气特性需测试位于晶圆的第二面的源极与位于晶圆的第一面的漏极之间的电特性，为了对在晶圆的两面均形成有电极的元器件进行电气特性的测试，在晶圆卡盘220上设置有导电性的支承面221，支承面221与晶圆的第一面接触而将晶圆的第一面的电极(如mosfet的漏极)引出至晶圆210与晶圆卡盘220接触区域之外，如图1所示，将漏极d引出至支承面221的位置2211上，位置2211位于晶圆210与晶圆卡盘220接触区域之外，如此与漏极对应的第三探针123可通过接触位置2211而实现与位于晶圆的第一面的漏极d电接触，并将第一探针121与位于晶圆的第二面的源极s接触而实现对mosfet的动态性能的测试，另外第二探针122可接触mosfet的栅极g，如此其位于晶圆和探针卡上的测试路径如图1中的虚线所示，其电路测试路径可参阅图2的晶圆上mosfet的电路原理示意图中的虚线所示，由于需将mosfet的漏极引出至晶圆210与晶圆卡盘220接触区域之外，并需将与漏极对应的第三探针123设置于探针卡110的边缘位置以使第三探针123能与mosfet的漏极实现电气连接，如此增大了测试路径的长度，而引起寄生电感比较大，因此存在产生高频测定、动态测定的测定误差，从而无法以要求的精度适当地进行晶圆检查的问题。
22.为了对在晶圆的两面均形成有电极的元器件进行电气特性的测试，本发明一实施例在于提供一种晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置，具体的，可参阅图3，图3为本发明一实施例的晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置示意图，并请参阅图4和图5，图4为晶圆上开关元器件的分布示意图，图5为晶圆上开关元器件的电路示意图。具体的，本发明一实施例的晶圆上一开关元器件的电气特性测试装置，包括：晶圆310，置于晶圆卡盘320上，其中晶圆310上包括多个开关元器件，多个开关元器件均包括第一电极和第二电极，多个开关元器件的第一电极互相连接，并多个开关元器件的第一电极位于晶圆的第一面，晶圆卡盘320通过晶圆的第一面支撑晶圆310，多个开关元器件的第二电极均位于晶圆的第二面，晶圆的第二面与晶圆的第一面为晶圆的两相对面，并多个开关元器件均可通过一开关控制信号的控制使得第一电极与第二电极电连通；探针卡330，探针卡330的与晶圆的第二面面对的一侧上设置多个探针，其中一第一探针331接触多个开关元器件中的一第一开关元器件的第二电极，一第二探针接332接触多个开关元器件中的一第二开关元器件的第二电极；开关元器件驱动电路400，连接晶圆上的多个开关元器件，用于输出所述开关控制信号。
23.在一实施例中，当测试第一开关元器件的电气特性时，所述开关控制信号控制使得至少一第二开关元器件处于导通状态，读取从第一探针331和第二探针332输出的信号，并根据从第一探针331和第二探针332输出的信号获得第一开关元器件的电气特性。
24.如此，通过控制使得第二开关元器件处于导通状态，则第二开关元器件的第一电极与第二电极电连通，并因多个开关元器件的第一电极互相连接，则第一开关元器件的第
一电极与第二开关元器件的第二电极电连通，则第二探针接触第二开关元器件的第二电极相当于接触第一开关元器件的第一电极，同时第一探针接触第一开关元器件的第二电极，如此可通过第一探针和第二探针测试第一开关元器件的电气特性，因第一探针和第二探针分别与位于晶圆的第二面上的第一开关元器件和第二开关元器件的第二电极对应，且探针设置在探针卡的与晶圆的第二面面对的一侧上，因此无需将探针设置于晶圆310与晶圆卡盘320接触区域之外，并无需将第一电极通过晶圆卡盘320上的导电性的支承面321引出，因此缩短了第一开关元器件的电气特性测试路径，具体的其测试路径为从第一探针331到第一开关元器件的第二电极、再到第二开关元器件的第二电极，然后到第二探针332，可参阅图3中的虚线所示，或可参阅图5中的虚线600所示，相对于现有技术大大缩短了测试路径长度，而大大减小了寄生电感，因此减小高频测定、动态测定的测定误差，从而以较高的精度进行晶圆检查。且上述测试方法无需改变测试装置的结构，仅需将晶圆上一开关元器件导通，并该开关元器件的第一电极与待测开关元器件的第一电极连接是电连接的，那么通过测试该开关元器件的第二电极与待测开关元器件的第二电极之间的参数即可测试待测开关元器件的电气特性。
25.更进一步的，如图3所示，第一探针331和第二探针332均位于探针卡330的与晶圆310直接面对的区域范围内，如此可进一步测试路径。
26.其中，晶圆310上的多个开关元器件的第一电极互相连接，并多个开关元器件均可通过一开关控制信号的控制使得第一电极与第二电极电连通，也即晶圆310上的多个开关元器件并联连接。具体的，在一实施例中，如图3所示，所述多个开关元器件为mosfet(场效应晶体管)，所述第一电极为漏极(d，如图第一开关元器件的漏极d11，第二开关元器件的漏极d12)，第二电极为源极(s，如图第一开关元器件的源极s11，第二开关元器件的源极s12)，多个mosfet还具有第三电极，为栅极(g，如图第一开关元器件的栅极g11，第二开关元器件的栅极g12)，第三电极位于晶圆的第二面，mosfet的栅极(g)可接受开关控制信号，使得该mosfet导通，而使得mosfet的漏极(d)和源极(s)电连通。如上所述，使一mosfet的栅极接受开关控制信号而导通，通过测试该mosfet的源极与待测mosfet的源极之间的电参数来测试待测mosfet的电气特性。具体的，在一实施例中，所述多个开关元器件为igbt(insulated gate bipolar transistor:绝缘栅双极晶体管)，则所述第一电极为集电极(c)，第二电极为发射极(e)，多个igbt还具有第三电极，为门极(g)，第三电极位于晶圆的第二面，igbt的门极(g)可接受开关控制信号，使得该igbt导通，而使得igbt的集电极(c)和发射极(e)电连通。如上所述，使一igbt的门极(g)接受开关控制信号而导通，通过测试该igbt的发射极与待测igbt的发射极之间的电参数来测试待测igbt的电气特性。具体的，在一实施例中，所述多个开关元器件为二极管，所述第一电极为阳极，第二电极为阴极，或所述第一电极为阴极，第二电极为阳极，二极管可接收正压导通，也即上述的开关控制信号为施加在二极管的阳极与阴极之间的正压，而使得二极管的阳极与阴极电连通。如上所述，通过测试导通的二极管的阳极或阴极与待测二极管的阳极或阴极之间的电参数来测试待测二极管的电气特性。
27.具体的，在一实施例中，可参阅图4，晶圆310上的多个开关元器件彼此相邻的排布在晶圆上，如图4所述，三行三列的开关元器件彼此相邻的排布，在测试时，可控制使得晶圆上与待测开关元器件相邻排布的开关元器件导通，通过测试导通的开关元器件的第二电极
与待测开关元器件的第二电极之间的电参数而测试待测开关元器件的电气特征。因与待测开关元器件相邻的开关元器件的第二电极与待测开关元器件的第二电极距离较近，因此可最大限度的缩短测试路径，如图4所示，预测试待测开关元器件m11的电气特性，可控制使得晶圆上与开关元器件m11相邻的开关元器件m12导通，通过测试开关元器件m11的第二电极与开关元器件m12的第二电极之间的电参数而测试开关元器件m11的电气特性。较佳的，可选择在晶圆与测试待测开关元器件在x轴或y轴方向上相邻排布的开关元器件导通而最大限度的缩短测试路径，如还可以选择导通开关元器件m21来测试开关元器件m11的电气特性。或，可选择在晶圆与测试待测开关元器件成斜角相邻排布的开关元器件导通而最大限度的缩短测试路径，如还可以选择导通开关元器件m22来测试开关元器件m11的电气特性。
28.另，因随着半导体技术的发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小，晶圆上集成的半导体器件尺寸不断减小，两相邻的开关元器件的第二电极之间的间距一般非常小，因此若测试两相邻的开关元器件的第二电极来测试待测开关元器件的电气特性对探针的识别率有很高要求，且有些开关元器件的耐压比较高(如几千伏)，两个相邻的探针很近，又要承受高压，也面临一定的技术问题，因此，较佳的可选择与测试待测开关元器件间隔至少一个开关元器件的开关元器件导通而测试测试待测开关元器件的电气特性，如还可以选择导通开关元器件m13、m31或m23等来测试开关元器件m11的电气特性。
29.在本发明一实施例中，可选择晶圆上多个开关元器件中的一个开关元器件导通而通过测试该开关元器件的第二电极与待测开关元器件的第二电极之间的电参数来测试待测开关元器件的电气特性，如上所述，可控制使得晶圆的开关元器件m12、开关元器件m21、开关元器件m22、开关元器件m13、开关元器件m31或开关元器件m23导通而测试开关元器件m11的电气特性。但晶圆上的开关元器件有一定的不良率，为提高测试的效率和速度，可选择将晶圆上的多个开关元器件同时导通，通过测试待测开关元器件的第二电极与多个开关元器件的第二电极之间的电参数来测试待测开关元器件的电气特性，如控制使得晶圆的开关元器件m12、开关元器件m21、开关元器件m22、开关元器件m13、开关元器件m31和开关元器件m23同时导通而通过测试第二电极s12、s21、s22、s13、s31和s23与待测开关元器件m11的第二电极s11之间的电参数来测试开关元器件m11的电气特性，具体的，所述第二探针包括多个，其中多个第二探针与导通的多个开关元器件的第二电极一一对应接触，因此其中任一个导通的开关元器件故障不影响测试的进行，且多个开关元器件同时导通使测试路径并联，可进一步减小寄生电感。如可扩展到相邻的4个或8个开关元器件导通。
30.在本发明一实施例中，上述的导通的开关元器件的位置与导通的开关元器件的个数的实施例可结合使用。
31.在本发明一实施例中，开关元器件驱动电路400为隔离驱动电路。
32.在本发明一实施例中，还在于提供一种测试晶圆上一开关元器件的电气特性的方法，其中晶圆上包括多个开关元器件，每一开关元器件均包括第一电极和第二电极，多个开关元器件的第一电极互相连接，其中：
33.当测试多个开关元器件中的第一开关元器件的电气特性时，控制使得多个开关元器件中的至少一个第二开关元器件导通，而使导通的第二开关元器件的第一电极与第二电极电连通；获得第一开关元器件的第二电极与第二开关元器件的第二电极之间的电参数而获得第一开关元器件的电气特性。
34.如此，通过控制使得第二开关元器件处于导通状态，则第二开关元器件的第一电极与第二电极电连通，并因多个开关元器件的第一电极互相连接，则第一开关元器件的第一电极与第二开关元器件的第二电极电连通，则通过测试第一开关元器件的第二电极与第二开关元器件的第二电极之间的电参数可获得第一开关元器件的电气特性。
35.在本发明一实施例中，更进一步的提供一测试装置，可参阅图3，该测试装置包括探针卡330，探针卡330上设置多个探针，移动探针卡330使第一探针331接触第一开关元器件的第二电极，第二探针332接触第二开关元器件的第二电极，测试第一探针331与第二探针332之间的电参数，而获得第一开关元器件的第二电极与第二开关元器件的第二电极之间的电参数，而获得第一开关元器件的电气特性。
36.更进一步的，在一实施例中，测试装置还包括晶圆卡盘320，晶圆卡盘320通过晶圆的第一面支撑晶圆310，并多个开关元器件的第一电极均位于晶圆的第一面，多个开关元器件的第二电极均位于晶圆的第二面，晶圆的第二面与晶圆的第一面为晶圆的两相对面。更进一步的，在一实施例中，探针设置在探针卡330的与晶圆的第二面面对的一侧上。
37.更进一步的，在一实施例中，测试装置还包括开关元器件驱动电路400，用于输出开关控制信号至晶圆上的多个开关元器件，而控制使得多个开关元器件中的至少一个第二开关元器件导通。更进一步的，在一实施例中，开关元器件驱动电路400连接多个开关元器件的控制端，而将所述开关控制信号输出至多个开关元器件的控制端。更进一步的，在一实施例中，开关元器件的控制端位于晶圆的的第二面上。
38.如此，第二探针接触第二开关元器件的第二电极相当于接触第一开关元器件的第一电极，同时第一探针接触第一开关元器件的第二电极，如此可通过第一探针和第二探针测试第一开关元器件的电气特性，因第一探针和第二探针分别与位于晶圆的第二面上的第一开关元器件和第二开关元器件的第二电极对应，且探针设置在探针卡的与晶圆的第二面面对的一侧上，因此无需将探针设置于晶圆310与晶圆卡盘320接触区域之外，并无需将第一电极通过晶圆卡盘320上的导电性的支承面321引出，因此缩短了第一开关元器件的电气特性测试路径，具体的其测试路径为从第一探针331到第一开关元器件的第二电极、再到第二开关元器件的第二电极，然后到第二探针332，可参阅图3中的虚线所示，或可参阅图5中的虚线600所示，相对于现有技术大大缩短了测试路径长度，而大大减小了寄生电感，因此减小高频测定、动态测定的测定误差，从而以较高的精度进行晶圆检查。且上述测试方法无需改变测试装置的结构，仅需将晶圆上一开关元器件导通，并该开关元器件的第一电极与待测开关元器件的第一电极连接是电连接的，那么通过测试该开关元器件的第二电极与待测开关元器件的第二电极之间的参数即可测试待测开关元器件的电气特性。更进一步的，如图3所示，第一探针331和第二探针332均位于探针卡330的与晶圆310直接面对的区域范围内，如此可进一步测试路径。
39.在一实施例中，第一开关元器件与第二开关元器件在晶圆上可选的排布方式为相邻排布，如可为在x轴或y轴方向上相邻排布或斜角相邻排布，其具体原理与上述相同，在此不再赘述。另，在一实施例中，第二开关元器件与第一开关元器件(也即待测开关元器件)之间间隔至少一个开关元器件，其具体原理与上述相同，在此不再赘述。
40.在一实施例中，较佳的，导通的第二开关元器件的个数为多个，其具体原理与上述相同，在此不再赘述。则所述第二探针包括多个，其中多个第二探针与导通的多个开关元器
件的第二电极一一对应接触，其具体原理与上述相同，在此不再赘述。
41.在本发明一实施例中，上述的导通的开关元器件的位置与导通的开关元器件的个数的实施例可结合使用。
42.在本发明一实施例中，开关元器件驱动电路400为隔离驱动电路。
43.在本发明一实施例中，所述多个开关元器件为mosfet(场效应晶体管)，源极(s)和栅极(g)位于晶圆的第二面，漏极位于晶圆的第一面上，漏极连接在一起，测试待测mosfet的源极与导通的至少一个mosfet的源极之间的电参数而获得待测mosfet的电气特性。因多个mosfet中的至少一个mosfet导通，则该导通的mosfet的源极相当于待测mosfet的漏极，因此测试待测mosfet的源极与导通的至少一个mosfet的源极之间的电参数相当于测试待测mosfet的源极与漏极之间的电参数而可获得待测mosfet的电气特性。
44.在本发明一实施例中，所述多个开关元器件为igbt(insulated gate bipolar transistor:绝缘栅双极晶体管)，发射极(e)和门极(g)位于晶圆的第二面，集电极位于晶圆的第一面上，集电极连接在一起，测试待测igbt的发射极与导通的至少一个igbt的发射极之间的电参数而获得待测igbt的电气特性。因多个igbt中的至少一个igbt导通，则该导通的igbt的发射极相当于待测igbt的集电极，因此测试待测igbt的发射极与导通的至少一个igbt的发射极之间的电参数相当于测试待测igbt的发射极与集电极之间的电参数而可获得待测igbt的电气特性。
45.具体的，在一实施例中，所述多个开关元器件为二极管，所述第一电极为阳极，第二电极为阴极，或所述第一电极为阴极，第二电极为阳极，二极管可接收正压导通，而使得二极管的阳极与阴极电连通。如上所述，通过测试导通的二极管的阳极或阴极与待测二极管的阳极或阴极之间的电参数来测试待测二极管的电气特性。
46.在本发明一实施例中，导通的至少一个开关元器件与待测开关元器件在晶圆上相邻排布。在本发明一实施例中，导通的至少一个开关元器件与待测开关元器件在晶圆上间隔至少一个开关元器件排布。或上述实施方式的结合，即导通的开关元器件有多个，部分与待测开关元器件在晶圆上相邻排布，部分与待测开关元器件在晶圆上间隔至少一个开关元器件排布。
47.在本发明一实施例中，上述的待测开关元器件的电气特性为待测开关元器件的动态特性。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。