專利名稱：一種實時檢測晶片溫度的方法及器件溫度特性測量方法
技術領域：
本發(fā)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(zhàn)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(zhì)為金屬，因此改變 溫度后晶片托盤會不可避免的出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，并且直接導致顯微鏡的成像質(zhì)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(diào)整，焦距調(diào)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(fā)現(xiàn)，就會導致半導體器件的溫度特性測量不準確，從而影響產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，從而導致半導體器件的溫度特性測量不準確，造成產(chǎn)品成品 率降低的問題。
為解決上述問題，本發(fā)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(nèi)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(nèi)；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(nèi)，進行后續(xù)程序?？蛇x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?？蛇x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 軸平移士5°C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(nèi)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(nèi)，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(diào)整所述溫控儀，并返回到上一步驟?？蛇x的，所述探針臺為Cascade探針臺。為解決上述問題，本發(fā)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 驟步驟(100)將所述半導體晶片固定到所述晶片托盤上，并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(nèi)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；步驟(200)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 溫度控制到所述設定溫度，并測量設定溫度下相對于常溫下顯微鏡的焦距差；步驟(300)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(nèi)；步驟(400)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(nèi)，測量在設定溫度下半導體晶片上的器件的特性；步驟(500)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 或者不在容許的誤差范圍內(nèi)，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，并根據(jù)實際溫度對所述溫控儀進行設置，使其顯示正確的溫度。步驟(600)改變所述半導體晶片的設定溫度，重復步驟(200)至步驟(500)，直至 測試完成。
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?？蛇x的，所述焦距差與溫度的標準曲線為線性增長的直線?？蛇x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 軸平移士5°C的范圍。可選的，所述探針臺為Cascade探針臺。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的實時檢測晶片溫度的方法通過在溫控儀處于正常 的情況下，選擇所述溫控儀測試溫度范圍內(nèi)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；此 后，在測量器件的溫度特性時，只需將溫度與相應溫度下的焦距差添加到焦距差與溫度的 標準曲線圖中，看該點是否落在焦距差與溫度的標準曲線上或在容許的誤差范圍內(nèi)，即可 判斷溫控儀顯示的溫度是否正確，從而實現(xiàn)對被測晶片溫度的實時檢測。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的器件溫度特性測量方法在不同的溫度下進行器件 溫度特性測量之前都先對相應的溫度進行實時檢測，從而避免了因溫控儀出現(xiàn)故障造成顯 示溫度與實際溫度不一致，導致溫度特性測量錯誤，影響后續(xù)處理，增強了溫度特性測量的 可靠性。


圖1為現(xiàn)有的Cascade探針臺測量半導體器件的溫度特性的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的實時檢測晶片溫度的方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的焦距差隨溫度變化的標準曲線關系圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的Cascade探針臺測量半導體器件的溫度特性的流程 圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的實時檢測晶片溫度的方法及器件溫 度特性測量方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將 更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明 晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種簡單實用的實時檢測晶片溫度的方法，以判斷 溫控儀顯示的溫度與晶片的實際溫度是否一致，防止因溫控儀故障而導致顯示溫度錯誤； 同時還提供一種器件溫度特性測量方法，該方法在不同的溫度下進行器件溫度特性測量之 前都先對相應的溫度進行實時檢測，從而避免了因溫控儀出現(xiàn)故障造成顯示溫度與實際溫 度不一致，導致溫度特性測量錯誤，影響后續(xù)處理，增強了溫度特性測量的可靠性。請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例提供的實時檢測晶片溫度的方法的流程圖，如圖 2所示，本發(fā)明實施例提供的實時檢測晶片溫度的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(nèi)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(nèi)；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(nèi)，進行后續(xù)程序。進一步地，所述若干個溫度均勻分布在所述溫控儀的測試溫度范圍。關于所述焦距差與溫度的標準曲線請參考圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的焦距 差隨溫度變化的標準曲線關系圖，如圖3所示，所述焦距差隨溫度變化的標準曲線為一條 線性增長的直線10，這里顯微鏡的焦距差與溫度的擬合關系為y = 1. 342x-30. 34。進一步地，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(nèi)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(nèi)，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(diào)整所述溫控儀，并返回到上一步驟。進一步地，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 標軸平移士5°C的范圍，如圖3中第一直線11至第二直線12的范圍內(nèi)。進一步地，所述探針臺為Cascade探針臺。請繼續(xù)參考圖4，圖4為本發(fā)明實施例提供的Cascade探針臺測量半導體器件的溫 度特性的流程圖，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，如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的器件溫度特性測量方法包括如下步驟步驟(100)將所述半導體晶片固定到所述晶片托盤上，并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(nèi)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；步驟(200)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 溫度控制到所述設定溫度，并測量設定溫度下相對于常溫下顯微鏡的焦距差；步驟(300)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(nèi)；步驟(400)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(nèi)，測量在設定溫度下半導體晶片上的器件的特性；步驟(500)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 或者不在容許的誤差范圍內(nèi)，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，并根據(jù)實際溫度對所述溫控儀進行設置，使其顯示正確的溫度。步驟(600)改變所述半導體晶片的設定溫度，重復步驟(200)至步驟(500)，直至 測試完成。進一步地，所述若干個溫度均勻分布在所述溫控儀的測試溫度范圍。進一步地，所述焦距差與溫度的標準曲線為線性增長的直線。進一步地，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 標軸平移士5°C的范圍。進一步地，所述探針臺為Cascade探針臺。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述探針臺為Cascade探針臺，然而應該認識到， 根據(jù)實際情況，所述探針臺還可以為其它型號探針臺，只需獲得焦距差與測試機臺溫度的 標準曲線即可。綜上所述，本發(fā)明提供了一種實時檢測晶片溫度的方法，以判斷溫控儀顯示的溫 度與晶片的實際溫度是否一致，防止因溫控儀故障而導致顯示溫度錯誤；同時本發(fā)明還提 供一種器件溫度特性測量方法，該方法在不同的溫度下進行器件溫度特性測量之前都先對 相應的溫度進行實時檢測，從而避免了因溫控儀出現(xiàn)故障造成顯示溫度與實際溫度不一 致，導致溫度特性測量錯誤，影響后續(xù)處理，增強了溫度特性測量的可靠性。顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神 和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
一種實時檢測半導體晶片溫度的方法，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，其特征在于，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(nèi)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(nèi)；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(nèi)，進行后續(xù)程序。
2.如權利要求1所述的實時檢測半導體晶片溫度的方法，其特征在于，所述若干個溫 度均勻分布在所述溫控儀的測試溫度范圍。
3.如權利要求1所述的實時檢測半導體晶片溫度的方法，其特征在于，所述焦距差與 溫度的標準曲線為線性增長的直線。
4.如權利要求3所述的實時檢測半導體晶片溫度的方法，其特征在于，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士5°C的范圍。
5.如權利要求1所述的實時檢測半導體晶片溫度的方法，其特征在于，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(nèi) 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(nèi)，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(diào)整所述溫控儀，并返回到上一步驟。
6.如權利要求1所述的實時檢測半導體晶片溫度的方法，其特征在于，所述探針臺為 Cascade # 0
7.一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，包括如下步驟步驟(100)將所述半導體晶片固定到所述晶片托盤上，并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(nèi)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；步驟(200)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 控制到所述設定溫度，并測量設定溫度下相對于常溫下顯微鏡的焦距差；步驟(300)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(nèi)；步驟(400)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(nèi)，測量在設定溫度下半導體晶片上的器件的特性；步驟(500)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或者 不在容許的誤差范圍內(nèi)，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，并根據(jù)實際溫度對所述溫控儀進行設置，使其顯示正確的溫度。步驟(600)改變所述半導體晶片的設定溫度，重復步驟(200)至步驟(500)，直至測試 完成。
8.如權利要求7所述的器件溫度特性測量方法，其特征在于，所述若干個溫度均勻分 布在所述溫控儀的測試溫度范圍。
9.如權利要求7所述的器件溫度特性測量方法，其特征在于，所述焦距差與溫度的標 準曲線為線性增長的直線。
10.如權利要求9所述的器件溫度特性測量方法，其特征在于，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士5°C的范圍。
11.如權利要求7所述的器件溫度特性測量方法，其特征在于，所述探針臺為Cascade 探針臺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實時檢測晶片溫度的方法，該方法通過在溫控儀正常的情況下，選擇所述溫控儀測試溫度范圍內(nèi)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，改變溫度后，只需判斷改變后的溫度及相應溫度下的焦距差是否在所述焦距差與溫度的標準曲線上或在容許的誤差范圍內(nèi)，即可判斷溫控儀顯示的溫度是否正確，從而實現(xiàn)溫度的實時檢測；本發(fā)明還公開了一種器件溫度特性測量方法，該方法在進行器件溫度特性測量前都先對溫度進行實時檢測，從而避免了因溫控儀故障造成顯示溫度與實際溫度不一致而導致溫度特性測量錯誤，增強了溫度特性測量的可靠性。
文檔編號G01K11/00GK101915626SQ201010241580
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者陸向黨 申請人:上海宏力半導體制造有限公司