干貨分享 | 數字源表SMU和探針臺線路連接指南及測試案例
01 前言
在半導體和集成電路工藝中，材料、晶圓、芯片的測試是必不可少的環節。隨著半導體測試技術的發展，數字源表SMU結合探針臺的系統組合已經被廣泛應用于材料/微小器件的電學特性驗證中。數字源表SMU具備源測功能，可以產生電流-電壓(I-V)特性曲線，是半導體材料、器件電性能表征測量的核心；探針臺有手動、半自動和全自動三種，根據測試需要選擇配套的產品即可。在選用時需要注意探針的材質以及針尖的直徑與形狀，探針材質不同，其阻抗也不相同；此外，探針尖磨損和污染也會對測試結果造成影響。
在測試時，通過數字源表提供激勵并對測量信號進行采集。***先將電流或電壓輸入被測器件（DUT），測量該器件對此輸入信號的響應；這些信號的路徑為：源表的輸出端接入電纜，電纜和探針連接，電流或電壓信號通過探針至芯片。
下文中，我們將探討數字源表SMU和探針臺的連接注意事項，以及不同材料/器件的測試應用案例。02
數字源表SMU與探針臺的連接 探針臺與源表的連接常見有兩種，***種使用同軸線連接，另***種使用三同軸線連接。當測量小電流(nA、pA)時，應使用三同軸轉接模塊和三同軸線纜。在接入源表保護端的測試電路中，由于三同軸的保護層與內芯之間是等電位，不會有漏電流產生，能夠提高小電流測試精度。 - 兩同軸連接 使用香蕉頭轉BNC母頭的轉接頭進行連接； - 三同軸連接 三同軸連接器與普通兩芯連接器有所不同，可同時接駁信號、接地和屏蔽層，屏蔽效果好。和多芯線纜相比，三同軸線纜結構簡單，可靠性高；和兩芯同軸線纜相比，具有更高的屏蔽性能和小信號的傳輸能力。三同軸線纜的連接方式使用了GUARD信號，起到了屏蔽作用，更有利于小信號的測量。 P系列脈沖源表 - 兩同軸連接 使用杜邦線轉BNC母頭進行連接； - 三同軸連接 使用三同軸轉接模塊進行連接。 E系列高壓源表 - E100(1200V) 直接使用三同軸線進行連接； - E200(2200V)/E300(3500V) 將普通的三同軸更換為高壓專用三同軸線； 高壓三同軸接頭的耐壓能力較強，普賽斯使用的高壓三同軸接頭可以耐壓3500V。 圖：左-高壓三同軸、右-普通三同軸 HCPL 100大電流源表 大電流測量時，單根探針容許的電流有限，電流過大可能會引起燒針現象，影響測試結果，因此需要使用多探針并聯。 圖：多探針并聯示意 03 探針臺與器件的連接 在不同的材料測試中可能會遇到共面電極或異面電極的材料。共面電極指陽極和陰極在同***平面；異面電極指陽極和陰極不在同***平面，常見為正反面。 圖：共面電極連接示意 圖：異面電極連接示意 04 測試注意事項 探針臺接地 探針臺結構上有很多金屬，在帶電的環境下會存在很強的靜電，***般探針臺會自帶大地連接線，使用中將探針臺接大地，避免釋放靜電給測試帶來影響。 ***般地線分為兩類：***種是工作接地，另***種是安全性接地。工作接地是把金屬導體銅塊埋在土壤里， 再通過導線引出地面，將導線接入設備的接地端口，形成接地回路。 安全性接地是指使用探針臺金屬外殼自帶的接地線進行接地，當探針臺金屬外殼發生絕緣損壞，外殼帶電時，電流沿著其外殼自帶的接地線接入大地，以達到安全的目的。 連接線接地 探針臺的連接線為同軸線，兩根同軸線的內芯是信號線，從而導致兩根同軸線的外屏蔽層懸空，未起到屏蔽的作用，在磁場環境復雜的情況下會對測試產生較大的干擾。因此，為了獲得較好的測試效果，需要將同軸線纜的外屏蔽層接入工作地線。 關閉光源 很多器件和材料對光源敏感，測試中如果不關閉光源會影響測試結果，所以測試時盡量在無光源影響的環境中進行。 小電流測試時加屏蔽罩 如果測試電流為pA***別，需要給探針臺增加屏蔽罩。 異面電極材料連接 異面電極材料連接時通常會使用探針臺Chuck盤做電極，但是Chuck盤的平整度會對材料的接觸面有影響，那么此時就需要使用引電極。 05 測試案例 MPD晶圓測試 測試設備：脈沖源表P300+探針臺 異常現象：測試中存在***個3nA左右的漏電流 圖：異常測試曲線圖 異常原因：測試現場的連接線屏蔽層接地不達標，外界電磁環境的作用下使設備對大地的電位發生變化，造成設備工作不穩定 優化措施：將屏蔽層接地 圖：優化后測試曲線圖 三極管測試 測試設備：2臺直流源表S300+探針臺 異常現象：源表輸出0-3V的電壓掃描，當輸出的電壓小于0.5V時，源表回讀的電壓值為-0.5V 圖：異常測試結果 異常原因：探針臺沒有接地，探針臺結構上存在金屬，在帶電的環境下會存在靜電，從而對測試結果帶來影響 優化措施：將探針臺通過導線接入大地 芯片測試 測試設備：直流源表S300+探針臺 異常現象：源表未輸出，探針冒火花圖：三同軸線纜等效電路圖
圖：異常測試-探針冒火花
異常原因：三同軸線纜GUARD信號懸空。GUARD信號如連接正確，其電勢與信號層基本***致，所以漏電很小，從而對信號起到了***定的保護作用；但是GUARD信號懸空，其與信號層的電勢差較大，這樣漏電較大，對信號的影響很大 優化措施：將GUARD信號接入源表，使GUARD信號起到保護作用 PD測試 測試設備：直流源表S300+探針臺 異常現象：源表在100nA的量程下，輸出-2V電壓，實際顯示-2.69V
圖：異常測試結果
異常原因：客戶使用的同軸線接觸不良，探針臺沒有接地 優化措施：更換新的同軸線，將探針臺通過導線接入大地 圖：優化后測試結果 結語 半導體新材料和新工藝的開發，伴隨著測試儀器及高效的測試方法得到普及。深耕半導體測試產業價值鏈，不斷精進產品技術與服務體系，以豐富的測試經驗幫助用戶克服測試過程中的痛點，以更高質量的產品和更低的成本得到廣泛的市場驗證及認可。
(文章來源于儀器網)
