半导体器件金键合引线的横截面

       本文描述了对半导体器件里金键合引线与电极（铝焊盘）界面结合缺陷的观察和分析。 截面抛光仪（CP)对金键合引线界面横截面进行抛光。

       使用JEOL的横截面抛光仪（简称CP）对样品进行横截面抛光，CP是一种利用氩离子束轰击样品表面的从而得到无应力破坏的平滑横截面的扫描电镜制样设备。可加工各种软硬复合材料与传统机械抛光相比，不会产生加工痕迹和扭曲变形。

       下图是金线和铝焊盘交界处的背散射电子成分像，可清晰地观察到通道衬度和晶体的晶粒尺寸。

       X-Ray谱图显示了金线和电极焊盘交界处元素的空间分布。按照从上而下的顺序, ① 金键合引线的Au层部分，可见通道衬度 ② 金属间化合物(IMC)层Au-Al合金层 ③ Al电极 ④SiO₂ 层和 ⑤ Si 基板。

       我们知道IMC层的成型及厚度取决于键合后热处理的温度和时间，热处理的工艺甚至可能会导致界面IMC层出现剥离。

       通过利用CP和SEM，可直接检测横截面方向IMC层的厚度及浓度，因此可用于半导体器件产品的质量管理和成品率监控。

交流C-V测试可以揭示材料的氧化层厚度，晶圆工艺的界面陷阱密度，掺杂浓度，掺杂分布以及载流子寿命等，通常使用交流C-V测试方式来评估新工艺，材料， 器件以及电路的质量和可靠性等。比如在MOS结构中， C-V测试可以方便的确定二氧化硅层厚度dox、衬底 掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度Q1、和固定电 荷面密度Qfc等参数。

C-V测试要求测试设备满足宽频率范围的需求，同时连线简单，系统易于搭建，并具备系统补偿功能，以补偿系统寄生电容引入的误差。

进行C-V测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在10KHz到10MHz之间。所加载的 直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

在CV特性测试方案中，同时集成了美国吉时利公司源表（SMU）和合作伙伴针对CV测试设计的专用精 密LCR分析仪。源表SMU可以输出正负电压，电压 输出分辨率高达500nV。同时配备的多款LCR表和 CT8001 直流偏置夹具，可以覆盖 100Hz~ 1MHz 频 率和正负200V电压范围内的测试范围。

方案特点：

★包含C-V（电容-电压），C-T（电容-时间），C-F （电容-频率）等多项测试测试功能，C-V测试可同时支持测试四条不同频率下的曲线

★测试和计算过程由软件自动执行，能够显示数据和 曲线，节省时间

★提供外置直流偏压盒，偏压支持到正负200V， 频率范围 100Hz - 1MHz。

★支持使用吉时利24XX/26XX系列源表提供偏压

测试功能：

电压-电容扫描测试

频率-电容扫描测试

电容-时间扫描测试

MOS器件二氧化硅层厚度、衬底掺杂浓度等参数的计算

原始数据图形化显示和保存

MOS电容的 C-V 特性测试方案

系统结构：

系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。 LCR 表支持的测量频率范围在0.1Hz~ 30MHz。源表 (SMU)负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒 CT8001加载在待测件上。

LCR 表测试交流阻抗的方式是在 HCUR 端输出交流电 流，在 LCUR 端测试电流，同时在 HPOT 和 LPOT 端 测量电压值。电压和电流通过锁相环路同步测量，可 以精确地得到两者之间的幅度和相位信息，继而可以推算出交流阻抗参数。

典型方案配置：

系统参数：

下表中参数以 PCA1000 LCR 表和 2450 源表组成的 C-V测试系统为例：

安泰测试已为西安多所院校、企业和研究所提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，安泰测试将和泰克吉时利厂家一起，为客户提供更优质的服务和全面的测试方案，为客户解忧。

半导体分立器件是组成集成电路的基础，包含大量的 双端口或三端口器件，如二极管，晶体管，场效应管等。 直流I-V测试则是表征微电子器件、工艺及材料特性的 基石。通常使用I-V特性分析，或I-V曲线，来决定器 件的基本参数。微电子器件种类繁多，引脚数量和待 测参数各不相同，除此以外，新材料和新器件对测试 设备提出了更高的要求，要求测试设备具备更高的低 电流测试能力，且能够支持各种功率范围的器件。

分立器件I-V特性测试的主要目的是通过实验，帮助工 程师提取半导体器件的基本I-V特性参数，并在整个工 艺流程结束后评估器件的优劣。

随着器件几何尺寸的减小，半导体器件特性测试对测 试系统的要求越来越高。通常这些器件的接触电极尺 寸只有微米量级，这些对低噪声源表，探针台和显微 镜性能都提出了更高的要求。

半导体分立器件I-V特性测试方案，泰克公司与合作 伙伴使用泰克吉时利公司开发的高精度源测量单元 （SMU）为核心测试设备，配备使用简便灵活，功能 丰富的CycleStar测试软件，及稳定的探针台，为客户提供了可靠易用的解决方案，极大的提高了用户 的工作效率。

吉时利方案特点：

丰富的内置元器件库，可以根据测试要求选择所需要的待测件类型；

测试和计算过程由软件自动执行，能够显示数据和曲线，节省了大量的时间；

稳定的探针台，针座分辨率可高达0.7um，显微镜放大倍数高达x195倍；

可支持同时操作两台吉时利源表，可以完成三端口器件测试。

测试功能：

二极管特性的测量与分析

极型晶体管BJT特性的测量与分析

MOSFET场效应晶体管特性的测量与分析

MOS 器件的参数提取

系统结构：

系统主要由一台或两台源精密源测量单元（SMU）、 夹具或探针台、上位机软件构成。以三端口MOSFET 器件为例，共需要以下设备：

1、两台吉时利 2450 精密源测量单元

2、四根三同轴电缆

3、夹具或带有三同轴接口的探针台

4、三同轴T型头

5、上位机软件与源测量单元（SMU）的连接方式如下图所示，可以使用LAN/USB/GPIB中的任何一个接口进行连接。

系统连接示意图：

典型方案配置：

西安某高校现场演示图

安泰测试已为西安多所院校、企业和研究所提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，安泰测试将和泰克吉时利厂家一起，为客户提供更优质的服务和全面的测试方案，为客户解忧。

电容-电压(C-V)测量广泛用于测量半导体参数，尤其是MOS CAP和MOSFET结构，C-V 测试可以方便的确定二氧化硅层厚度dox、衬底掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度Q1、和固定电荷面密度Qfc等参数。

C-V测试方法

进行 C-V 测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在10KHz 到10MHz 之间。所加载的直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

C-V测试系统

LCR表与待测件连接图

MOS电容的C-V测试系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。LCR 表支持的测量频率范围在 0.1Hz~30MHz。源表(SMU) 负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒CT8001 加载在待测件上。以PCA1000LCR表和吉时利2450源表组成的C-V 测试系统为例，可以满足精确测量的要求：

吉时利2450系统级应用优势

吉时利2450型触摸屏数字源表是一款集I—V特性测试、曲线追踪仪和半导体分析仪功能于一体的低成本数字源表。吉时利2450丰富的功能也让它非常适合集成到自动测试系统中：

●嵌入式测试脚本处理器 (TSP)：它将完整的测度程序加载到仪器的非易失性存储器，无需依赖外部PC控制器，产能更高。

●TSP-Link通信总线：支持测试系统扩展，实现多台2450仪器和其他基于TSP技术仪器的系统拓展，拓展的测试系统最多可连接32台2450，在一台主仪器的TSP控制下进行多点或多通道并行测试。

●兼容的2400工作模式：除了2450 SCPI工作模式， 2450还支持2400 SCPI工作模式，并兼容现有的2400 SCPI程序。这保护了用户的软件投资，避免仪器升级换代所带来测试软件的转换工作。

●PC连接和自动化：后面板三同轴电缆连接端口、仪器通信接口（GPIB、USB 2.0和LXI/Ethernet）、D型9针数字I/O端口（用于内部/外部触发信号及机械臂控制）、仪器安全互锁装置及TSP-Link连接端口简化多仪器测试系统的集成。

安泰测试作为泰克吉时利长期合作伙伴，专业提供设备选型和测试方案的提供，为西安多家企业和院校提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，如果您想了解吉时利源表更多应用方案，欢迎访问安泰测试网。

近期有很多用户在网上咨询I-V特性测试， I-V特性测试是很多研发型企业和高校研究的对象，分立器件I-V特性测试可以帮助工程师提取半导体器件的基本I-V特性参数，并在整个工艺流程结束后评估器件的优劣。

I-V特性测试难点：

种类多

微电子器件种类繁多，引脚数量和待测参数各不相同，此外，新材料和新器件对测试设备提出了更高的要求，要求测试设备具备更高的低电流测试能力，且能够支持各种功率范围的器件。

尺寸小

随着器件几何尺寸的减小，半导体器件特性测试对测试系统的要求越来越高。通常这些器件的接触电极尺寸只有微米量级，这些对低噪声源表，探针台和显微镜性能都提出了更高的要求。

I-V特性测试方案： 

针对I-V 特性测试难点，安泰测试建议可采用keithley高精度源测量单元（SMU）为核心测试设备，配备使用简便灵活、功能丰富的 CycleStar 测试软件，及稳定的探针台。

图：系统配置连接示意图

测试功能：

这是一个简单易用的I-V特性测试方案，无论对于双端口或三端口器件，如二极管、晶体管、场效应管都很适用。

• 二极管特性的测量与分析

• 双极型晶体管 BJT 特性的测量与分析

• MOSFET 场效应晶体管特性的测量与分析

• MOS器件的参数提取 

吉时利源表简介及热门型号推荐：

吉时利源表将数字万用表 (DMM)、电源、实际电流源、电子负载和脉冲发生器的功能集成在一台仪器中。通过吉时利源表进行分立器件 I-V 特性测试时，支持同时操作两台吉时利源表，轻松完成三端口器件测试。此外，因为吉时利源表兼顾高精度和通用性，广泛适用于教育、科研、产业等众多行业。

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