一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統的製作方法
2023-05-30 13:45:51 1
專利名稱：一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體領域製造測試領域，具體地是一種用於新 型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統。
背景技術：
隨著微電子技術的迅猛發展，高性能、高集成度、多功能ic的
研發對材料的要求越來越苛刻，新型半導體薄膜材料(如SOI、 GeOI、 SiGeOI、 sSOI、 GaN薄膜等)是下一代集成電路重要基礎材料 [http:〃www. etime. net. cn/pages/jsyy. asp]，能夠滿足微電子禾鬥技 發展的荽求。目前，發展新技術、降低新型半導體薄膜材料的成本、 發展半導體薄膜材料、研製半導體薄膜材料的新結構、提高電路集成 度、降低功耗等是現代半導體技術的主要發展趨勢[Yoshiki Kamata， High-k/Ge MOSFETs for future nanoelectronics， Materials today, 11(1)， 2008, pp30-38]。而電學性能與檢測是半導體薄膜材 料研發及生產應用的關鍵參數，是半導體薄膜技術發展應用的必要條 件，也是製備性能優越的超大規模集成電路和系統的前提條件。
對以SOI (絕緣體上矽)材料為代表的半導體薄膜材料，常規的 電學測試一般採用C-V或MOS器件方法。採用這些常規測試方法，很 難精確評估以SOI為代表的半導體薄膜材料上下界面及頂層矽膜的 電學特性[5-9];對於MOS器件方法，製作器件的工藝流程複雜、測試 周期長，這延長了SOI材料的研發周期，不能適應微電子技術的迅速 發展。因此，迫切需要研發能精確快速表徵SOI材料質量的新技術。
國內外研究者對此展開了大量的研究，Cristoloveanu等人首先提出 Pseudo-M0S表徵方法，用於表徵厚度lum的SOI材料，並沒有給出 合適的表徵測試系統，且對測試數據分析也存在嚴重的問題。 發明內容
本實用新型的目的在於提供一用於新型絕緣體上半導體薄膜電
學表徵的測試系統，結構簡單，使用方便，充分發揮Pseudo-M0S表
徵方法的優越性，測試的數據非常精確。
本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的用於新型絕緣體 上半導體薄膜電學表徵的測試系統，包括測試臺、測試臺架、固定配
件、導電載物臺及測試屏蔽盒，其特徵在於還包括壓力控制系統、
探針定位系統，測試臺上裝有導電載物臺及測試屏蔽盒，壓力控制系 統、探針定位系統採用固定配件安裝在測試臺架上。
所述的探針定位系統採用探針高度定位控制器控制探針在X、 Y、 Z方向移動，壓力控制系統主要由壓力控制器、數字顯示器、壓力傳 感器、探針接觸緩衝器及探針組成。所述的探針接觸緩衝器由兩根彈 '簧組成。探針的材料採用具有良好電導率的金屬及金屬合金製成，如 Pt、 Au、鉤鈦合金、高速鋼、硬質合金鋼及其合金，以保證金屬與半 導體薄膜材料形成歐姆接觸。所述的屏蔽盒是一個對測試臺進行屏蔽 的盒狀結構，屏蔽盒設有接地裝置，該屏蔽盒材料為金屬或金屬合金， 其可以是Fe、 Ni、 Cr、 Al、 Pb、 Sn等多種金屬合金，也可以是某種 金屬。所述的導電載物臺活動連接測試臺，導電載物臺的表面材料採 用良好導電性能的金屬製成，並與連接電極的屏蔽導線相連。該測試
臺與精密半導體參數分析儀連接。
該測試臺的測試方法是採用探針與半導體薄膜形成歐姆解除，壓 力傳感器控制探針與半導體薄膜之間的作用力，並能顯示出該作用力 的具體數值，作用於探針上的壓力作用系統與高彈性彈簧相連，便於 控制作用力，防止瞬間作用力過大。探針定位系統用於控制並確定探
針的高度與XY方向坐標，便於對樣品進行測試。測試臺上載物臺上 表面是具有良好導電性能的金屬製備而成，且與屏蔽導線相連，便於 對載物臺施加電壓、電流。測試臺上配有屏蔽盒，屏蔽盒留有與探針 密切配合的孔，便於探針與樣品接觸。
本實用新型的有益效果是該測試臺在樣品不接受外界光電幹預 的條件下便可以對樣品施加相應的電流、電壓，從而對半導體薄膜樣 品進行電學性能測試，測試的數據非常精確，而且測試周期短。
圖1是本實用新型的測試臺的結構示意圖； 圖2是本實用新型的測試臺的測試結果圖。
圖1中1是數字顯示儀，用於顯示兩根探針與樣品作用力數值， 該數值單位可為牛頓、克力、Pa等壓力單位；2是壓力傳感器；3是 兩根探針，該探針材料可為Fe、 Pt、 Ni、 Cr、 Ag等金屬，也可為金 屬合金，具有良好的導電率，並確保與半導體材料可形成歐姆接觸； 4是探針高度定位控制器，該配件與測試臺架相連，並由鏍絲控制， 可沿5 (臺架)上下移動，並由刻度指示高度位置；5是測試臺架， 用於探針、傳感器等其他配件的定位與固定；6是測試臺，含樣品夾
具；7是測試屏蔽盒；8是屏蔽導線，用於連結外界電壓；9是導電 載物臺；IO是壓力控制器；ll是固定配件,Vl、 V2、 V3是外界電壓。 具體實施例
本實用新型一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試 系統。其中兩根探針為Hg探針，探針尖半徑為0.1um，測試材料為 頂層矽為50nm的SOI材料，Hg可與Si薄膜形成歐姆解除，壓力傳 感器控制探針與半導體薄膜之間的作用力，並能顯示出該作用力的具 體數值，作用於探針上的壓力作用系統與高彈性彈簧相連，便於控制 作用力，防止瞬間作用力過大。探針定位系統用於控制並確定探針的 高度與XY方向坐標，便於對樣品進行測試。測試臺上載物臺上表面 是具有良好導電性能的金屬製備而成，且與屏蔽導線相連，便於對載 物臺施加電壓、電流。測試臺上配有屏蔽盒，屏蔽盒留有與探針密切 配合的孔，便於探針與樣品接觸。因此，該測試臺系統可實現如下功 能，即在樣品不接受外界光電千預的條件下，對樣品施加相應的電流、 電壓，從而對半導體薄膜樣品進行電學性能測試。測試結果如圖2所 示。
權利要求1. 一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統，包括測試臺、測試臺架、固定配件、導電載物臺及測試屏蔽盒，其特徵在於還包括壓力控制系統、探針定位系統，測試臺上裝有導電載物臺及測試屏蔽盒，壓力控制系統、探針定位系統採用固定配件安裝在測試臺架上。
2. 根據權利要求1所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表 徵的測試系統，其特徵在於所述的探針定位系統採用探針高度定位 控制器控制探針在X、 Y、 Z方向移動，壓力控制系統主要由壓力控制 器、數字顯示器、壓力傳感器、探針接觸緩衝器及探針組成。
3. 根據權利要求2所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統，其特徵在於所述的探針接觸緩衝器由兩根彈簧組成。
4. 根據權利要求2所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統，其特徵在於探針的材料採用具有良好電導率的金屬 及金屬合金製成。
5. 根據權利要求1所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表 徵的測試系統，其特徵在於所述的屏蔽盒是一個對測試臺進行屏蔽 的盒狀結構，屏蔽盒設有接地裝置，該屏蔽盒材料為金屬或金屬合金。
6. 根據權利要求1所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表 徵的測試系統，其特徵在於所述的導電載物臺活動連接測試臺，導 電載物臺的表面材料採用良好導電性能的金屬製成，並與連接電極的 屏蔽導線相連。
7. 根據權利要求1所述的一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表 徵的測試系統，其特徵在於該測試臺與精密半導體參數分析儀連接。
專利摘要本實用新型涉及半導體領域製造測試領域，具體地是一種用於新型絕緣體上半導體薄膜電學表徵的測試系統，包括測試臺、測試臺架、固定配件、導電載物臺及測試屏蔽盒，其特徵在於還包括壓力控制系統、探針定位系統，測試臺上裝有導電載物臺及測試屏蔽盒，壓力控制系統、探針定位系統採用固定配件安裝在測試臺架上；本實用新型的有益效果是該測試臺在樣品不接受外界光電幹預的條件下便可以對樣品施加相應的電流、電壓，從而對半導體薄膜樣品進行電學性能測試，測試的數據非常精確，而且測試周期短。
文檔編號G01R31/00GK201210180SQ20082005801
公開日2009年3月18日 申請日期2008年5月5日 優先權日2008年5月5日
發明者於治水, 佳 何, 張恩霞, 曹陽根, 智 言, 晨 黃 申請人:上海工程技術大學