用于探测半导体晶片的屏蔽式探测仪 相关申请交叉参考
此实用专利申请要求在2002年6月28日提交的编号为60/392,394的美国临时专利申请的权益，其主题在此通过参考加以结合。
【技术领域】
本发明通常涉及半导体测试装置，更具体地讲，涉及用于半导体晶片的电探测设备的半导体测试装置中应用的屏蔽探测器。
背景技术
半导体工业需要存取许多与半导体晶片有关的电子设备。随着半导体工业的发展及设备更加复杂，许多电子设备以及最普遍的半导体设备必须进行电测试，例如，对漏电流和极小的工作电流进行测试。这些电流通常低于100fA。另外，电流和设备的特性需要在较宽的温度范围进行评估以了解温度对设备的影响。为有效地测量低于100fA的电流，检测信号必须与外部的电干扰、通过电介质材料的漏电流、寄生电容、静电噪声、压电噪声和电介质吸收等相隔离。
目前，已设计出试图防止上述干扰和噪声等的半导体测试装置，在测试仪器一侧，向三同轴电缆的保护层施加与三同轴电缆的中心信号导线相同的电势。三同轴电缆的外层屏蔽与测试装置接地连接。希望外部地电干扰、通过电介质材料的漏电流、寄生电容、静电噪声、压电噪声和电介质吸收能够显著降低或消除。
还有，因为电介质的材料特性，通常很难在较宽的工作温度范围内测试半导体设备的特性。
相应地，需要改进半导体测试装置，用于在小电流和较宽温度范围内电探测半导体设备。
【发明内容】
为解决上述及其它问题，本发明提供一种与半导体测试装置连接的屏蔽式探测仪，其中屏蔽式探测仪包括屏蔽探测器和三同轴电缆。屏蔽探测器包括探测针，探测针是用电化学方法蚀刻的钨或其它相似的材料制作的典型金属线。探测针被屏蔽，并设置成与三同轴电缆连接，用于在小电流和较宽的工作温度范围对半导体设备进行电探测。
在一个实施例中，屏蔽式探测仪能够在低于100fA的工作电流和温度高达300℃对半导体设备进行电测试。
在一个实施例中，在屏蔽机架内三同轴电缆与屏蔽探测器连接。屏蔽探测器包括被电介质层包覆的探测针、导电保护层和可选择的电介质保护层。三同轴电缆包括由电介质层包覆的中心信号导线、降低静电影响的导电涂层、导电保护层、第二电介质层、导电屏蔽层和保护覆盖层。通过中心信号导线与探测针的电连接使三同轴电缆与屏蔽探测器相连接，例如使用高温焊接/铜焊或在中心信号导线上卷绕探测针，在优选实施例中，用缩管、卷绕或夹紧三同轴电缆和屏蔽探测器以使三同轴电缆的保护层与屏蔽探测器的导电保护层相互电连接。应理解可以使用其它合适的方法，使中心信号导线与探测针电连接，以及使三同轴电缆的保护层与屏蔽探测器的导电保护层电连接，但均未脱离本发明原理的范围。
相应地，电介质层、导电保护层和屏蔽探测器的可选择第二电介质层显著地降低了外部的电干扰，并使探测针可测试以及测量小电流，如低于100fA的电流。还使屏蔽探测器不仅可在低温下而且可在高温工作环境测试半导体设备的特性，也就是通过使用柔性耐高温的电介质材料，可适用于较宽的工作温度范围。另外，将三同轴电缆的保护层与屏蔽探测器的导电保护层连接，以及将中心信号导线与探测针连接，有助于防止电介质材料的漏电流、寄生电容、压电噪声和电介质吸收。进一步，电介质层与三同轴电缆的保护层之间的导电涂层显著降低和/或消除了静电噪声。
从以下详细的描述中，熟知本技术领域的人员可清楚地看出本发明的这些及其它的特征和优点，描述中，对发明的包括实现发明的最佳模式的实施例进行表示和描述。如将认识到的，对发明可在各种方面作出修改，但所有这些修改均没有脱离本发明的精神和范围。相应地，参照附图所作的详细描述是为了实际描述，而决非是对发明的限制。
附图简述
图1表示半导体测试装置中使用的典型三同轴电缆的一个实施例的剖视图。
图2A表示根据本发明原理的屏蔽探测器的一个实施例。
图2B表示如图2A所示的根据本发明原理的屏蔽探测器的一个实施例的剖视图。
图3表示根据本发明原理的半导体测试装置使用的屏蔽探测装置的一个实施例的示意图。
图4A表示根据本发明原理的屏蔽探测装置的三同轴电缆的一个实施例的沿图3线段4A-4A的剖视图。
图4B表示根据本发明原理的屏蔽探测装置的三同轴电缆的一个实施例的沿图3线段4B-4B的剖视图。
图4C表示根据本发明原理的与屏蔽探测装置的屏蔽探测器连接的三同轴电缆的一个实施例的沿图3线段4C-4C的剖视图。
图5表示根据本发明原理的与屏蔽探测装置的屏蔽探测器连接的三同轴电缆的一个实施例的侧剖视图。
【具体实施方式】
以下参照附图对优选实施例进行描述，附图作为文件的一部分，在图中表示实现发明的具体实施例。应理解同样可以采用其它的实施例和不同结构，但均没有脱离本发明的范围。
为了说明，所阐述的大量的具体细节是为了有助于对本发明的全面理解。然而，对于熟知本技术领域的人员应清楚，其中某些具体细节在实现本发明中不是必需的。在其它实例中，为了方便描述，众所周知的结构和设备以方块方式表示。
本发明在半导体测试装置或测试器中使用了中心信号导线、保护层和使三同轴电缆接地以便对探测针进行电隔离，而能对小电流进行测量，如低于100fA的电流测量。本发明还使测试器在较宽的工作温度范围对设备进行电探测，不仅在较低的工作温度还可在高温下进行探测，如工作温度高达300℃。
图1表示具有被第一电介质层104包覆的中心信号导线102的三同轴电缆100的剖视图。第一电介质层104被保护层106所包覆。保护层106可导电并由第二电介质层108包覆。在第一电介质层104与保护层106之间夹有导电涂层或散射层107。三同轴电缆100还包括屏蔽层110和保护电介质覆盖层111，以便使三同轴电缆与外部干扰或其它有害环境隔离。
应理解在此处及下文中使用的“包覆”一词并不是局限于描述一层被另外一层完全地包覆。在某些实施例中，一层可能被另一层部分地包覆着，而在其它的一些实施中，一层可能被另一层完全地包覆。
图2A和2B表示包括探测针114的屏蔽探测器112。探测针114的配置是可以变化的，2000年12月4日提交的编号为No.09/730,130的待决实用专利申请中有对此的描述，该申请是1998年2月10日提交，编号为No.09/021,631申请的一件部分继续(CIP)专利申请，在此一同作为参考。
探测针114由最好用柔性耐高温电介质材料制成很薄的第一电介质层116包覆，如聚乙烯(四氟聚对二甲苯tetrafuoro-p-xylylene)，一种称为聚对二甲苯的聚合物。第一电介质层11 6最好用物理或化学的蒸汽沉积(PVD或CVD)方法涂在探测针上。应理解也可使用其它合适的柔性耐高温电介质材料，如环氧树脂，或采用其它合适的涂层方法，均应属于本发明的范围。
具有第一电介质层116的探测针114最好喷涂导电保护层118。导电保护层118最好用金制成。应理解也可采用其它合适的导电涂层材料和涂层方法，均没有脱离本发明的范围。
在导电保护层118的外部可提供第二电介质层122。第二电介质层122是可选择的保护涂层，可起对导电保护层118提供保护层的作用。第二电介质层122最好是由柔性耐高温电介质材料制作的薄层，材料如聚酰胺。应理解也可使用其它合适的柔性耐高温电介质材料，均属于本发明的范围。
如图3所示，根据本发明的原理，屏蔽式探测仪124包括电屏蔽机架126和用于对半导体设备(未示出)进行电探测的陶瓷部件128。半导体测试装置的三同轴电缆130在一端132插入屏蔽机架126，并在另一端134与屏蔽探测器112连接。
如图4A所示，三同轴电缆130包括中心信号导线136，通过中心信号导线136，测试信号从测试装置到达屏蔽探测器112。中心信号导线136被第一电介质层138包覆，第一电介质层138最好用耐高温PTFE(聚四氟乙烯)制作。第一电介质层138被导电涂层或散射层140包覆。导电涂层或散射层140夹在第一电介质层138与导电保护层142之间以降低静电影响。在测试操作中，用与中心信号导线136相同的电势施加到导电保护层142，以此消除导电保护层142与中心信号导线136之间的电容。相应地，消除了寄生电容，防止了电流泄漏。
可以在导电保护层142的外部提供可选择的可选择第二电介质层144。为使三同轴电缆130与外部干扰隔离，在导电保护层142和/或可选择第二电介质层144的外部提供屏蔽层146和保护电介质覆盖层(未示出)。
如图3所示，三同轴电缆130插入机架126，此处屏蔽层146与三同轴电缆130的保护电介质层(未示出)剥离，并与地电连接。图4B中表示图3中沿线段4B-4B的电缆130的剖视图。可选择第二电介质层144可延伸到屏蔽探测器112或到达机架侧壁。
图4C所示的剖视图(沿图3中的线段4C4C)，其中三同轴电缆130与屏蔽探测器112连接。图5是侧剖视图，图中表示三同轴电缆130的一个实施例与屏蔽式探测仪124的屏蔽探测器112连接。三同轴电缆130与屏蔽探测器112相接触，最好使用高温焊接/铜焊，或将探测针114卷绕在中心信号导线136上，把三同轴电缆130和屏蔽探测器112缩管、卷绕或夹紧进入缩管层148，以使探测针114与中心信号导线136电连接。通过第二缩管层149使三同轴电缆130的保护层142与屏蔽探测器112的导电保护层118电连接。应理解可采用其它合适的电连接方法，使中心信号导线与探测针相互电连接，以及使三同轴电缆的保护层与屏蔽探测器的导电保护层相互电连接，均没有脱离本发明的范围。
在一个实施例中，三同轴电缆130的可选择第二电介质层144和/或屏蔽探测器的可选择第二电介质层122可通过在三同轴电缆130和屏蔽探测器112上分别向后折叠(未示出)形成缩管，以保持屏蔽探测器112与三同轴电缆130之间的物理连接。
进一步参考图3，屏蔽探测器112的探测端插入耐高温的陶瓷部件128或其它合适的耐高温材料的孔和槽中，2000年12月4日提交的编号为No.09/730,130的待决实用专利申请中有对此的描述，该申请是1998年2月10日提交，编号为No.09/021,631申请的一件部分继续(CIP)专利申请，在此一同作为参考。
进一步在一个实施例中，探测针114由电化学方法蚀刻钨或其它合适材料制成。探测针114的直径最好在0.1mm到0.25mm的范围内。应理解可以对材料、直径和探测针114的配置作出改变，均没有脱离本发明的范围。
从以上参照附图的描述中，本技术领域技术人员应理解，对具体实施例的表示和描述仅是为了说明的目的，而决非对发明的范围作出限制。本技术领域技术人员应认识到，本发明可以用其它具体的方式加以实施，均没有脱离发明的精神或其基本特征。对具体实施例细节的参考不是对本发明范围的限制。