[發明專利]一種實時檢測晶片溫度的方法及器件溫度特性測量方法

有效

• 申請號: 201010241580.5
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN101915626A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 陸向黨
• 申請（專利權）人: 上海宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01K1/20;G01R31/26;G01R1/067
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及半導體集成電路器件測試領域，尤其涉及一種在采用Cascade探針臺進行半導體器件溫度特性測量的過程中實時檢測半導體晶片溫度的方法及器件溫度特性測量方法。

背景技術

隨著CMOS器件工藝特征尺寸的減小，熱問題成為深亞微米集成電路設計中最具挑戰的問題之一。隨著特征尺寸的減小，集成密度和功耗的增加導致更高的芯片溫度和芯片溫度梯度，進而影響延時、功耗以及可靠性等。并且溫度對載流子遷移率、閾值電壓、飽和速度、互連電阻以及功耗等都有重要影響。因此，對半導體器件的溫度特性的測量變得越來越重要。

目前通常采用探針臺來測試半導體器件的溫度特性，例如采用Cascade探針臺來測試半導體器件的溫度特性。Cascade探針臺的結構包括晶片托盤、溫控儀以及顯微鏡，所述晶片托盤用于固定半導體晶片并控制晶片的測試溫度；所述溫控儀用于對晶片托盤的加熱或制冷，從而控制半導體晶片的溫度；所述顯微鏡用于對晶片上器件的觀察。

請參考圖1，圖1為現有的Cascade探針臺測量半導體器件的溫度特性的流程圖，如圖1所示，現有的Cascade探針臺測量半導體器件的溫度特性的步驟為：(1)將半導體晶片固定到晶片托盤上；(2)設定所述半導體晶片的溫度，利用所述溫控儀將所述半導體晶片的溫度控制到設定溫度；(3)測量在設定溫度下半導體晶片上的器件的特性；(4)改變半導體晶片的設定溫度，利用所述溫控儀將所述半導體晶片的溫度控制到改變后的設定溫度；(5)測量在改變后的設定溫度下半導體晶片上的器件的特性；(6)重復步驟(4)～(5)，直至測量完成所有預定的溫度下的器件特性測試。由于晶片托盤的材質為金屬，因此改變溫度后晶片托盤會不可避免的出現熱脹冷縮現象，并且直接導致顯微鏡的成像質量下降。因此，為了獲得清晰的顯微鏡視野，每次在設定溫度改變后，所述顯微鏡的焦距必須要重新調整，焦距調整的刻度差稱為焦距差。

實際測試的過程中，半導體晶片的溫度只能由溫控儀顯示，在溫控儀存在誤差或是故障的情況下，其顯示出來的溫度與半導體晶片的實際溫度存在差別，如果這種差別不能被及時地發現，就會導致半導體器件的溫度特性測量不準確，從而影響產品的成品率。

因此，有必要提供一種簡單實用的實時檢測半導體晶片溫度的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時檢測晶片溫度的方法及器件溫度特性測量方法，以解決在現有的半導體器件溫度特性測試過程中，半導體晶片的溫度只能由溫控儀顯示，當溫控儀存在誤差或故障時，其顯示出來的溫度與半導體晶片的實際溫度存在差別，并且這種差別不能被及時地發現，從而導致半導體器件的溫度特性測量不準確，造成產品成品率降低的問題。

為解決上述問題，本發明提出一種實時檢測晶片溫度的方法，用于在使用探針臺測量半導體器件溫度特性的過程中實時檢測半導體晶片的溫度，其中所述探針臺包括晶片托盤、溫控儀以及顯微鏡，該方法包括如下步驟：

將所述半導體晶片固定到所述晶片托盤上；

在所述溫控儀處于正常情況下，選擇所述溫控儀測試溫度范圍內的若干個溫度并測量每個溫度相對于常溫下顯微鏡的焦距差，利用上述若干個溫度及其對應的焦距差作出焦距差與溫度的標準曲線；

設定所述半導體晶片的溫度，利用所述溫控儀將所述半導體晶片的溫度控制到設定溫度，并測量設定溫度下相對于常溫下顯微鏡的焦距差；

檢驗所述設定溫度對應的焦距差是否在所述焦距差與溫度的標準曲線上，或者在容許的誤差范圍內；以及

若所述設定溫度對應的焦距差在所述焦距差與溫度的標準曲線上或者在容許的誤差范圍內，進行后續程序。

可選的，所述若干個溫度均勻分布在所述溫控儀的測試溫度范圍。

可選的，所述焦距差與溫度的標準曲線為線性增長的直線。

可選的，所述容許的誤差范圍為所述焦距差與溫度的標準曲線沿溫度對應的坐標軸平移±5℃的范圍。

可選的，所述檢驗所述設定溫度對應的焦距差是否在所述焦距差與溫度的標準曲線上，或者在容許的誤差范圍內的步驟還包括若所述設定溫度對應的焦距差不在所述焦距差與溫度的標準曲線上且不在容許的誤差范圍內，則使用所述焦距差與溫度的標準曲線計算所述設定溫度對應的實際溫度，調整所述溫控儀，并返回到上一步驟。

可選的，所述探針臺為Cascade探針臺。

為解決上述問題，本發明還提出一種器件溫度特性測量方法，其中，所述溫度特性用探針臺測量，所述探針臺包括晶片托盤、溫控儀以及顯微鏡，其特征在于，包括如下步驟：