(12)發(fā)明專利研制.科技創(chuàng)新導報.2017,第148頁-第150頁.地址150001黑龍江省哈爾濱市南大直街92號張文博詹笑焜尹亮標代理有限公司23213通過控制器產(chǎn)生溫度控制信號目標值和檢測控接口電路采用集成電路芯片根據(jù)檢測控制使能電壓信號產(chǎn)生參考直流電壓信號和目標正弦電口電路2控制器(100),用于根據(jù)檢測指令產(chǎn)生溫度控制信號目標值和檢測控制使能電壓信號；同時用于接收電容測量值和溫度測量值；溫度控制模塊(200),用于根據(jù)溫度控制信號目標值為檢測平臺加熱，通過內(nèi)部閉環(huán)控制方法使檢測平臺達到溫度控制信號目標值；同時對檢測平臺進行實際溫度檢測，獲得溫度測量值；集成化檢測前級接口電路(300),用于采用集成電路芯片根據(jù)檢測控制使能電壓信號產(chǎn)生參考直流電壓信號和目標正弦電壓信號并加載到待測電容Cx兩端；所述待測電容Cx設置在檢測平臺上；集成化檢測前級接口電路(300)同時用于采集待測電容Cx兩端的電壓波形，并對電壓波形進行處理得到電容測量值；集成化檢測前級接口電路(300)包括加載信號產(chǎn)生模塊(310)、電容檢測和放大電路所述括加載信號產(chǎn)生模塊(310)基于檢測控制使能電壓信號和PID控制，通過諧振晶體產(chǎn)生目標正弦電壓信號，同時產(chǎn)生參考直流電壓信號；再基于目標正弦電壓信號產(chǎn)生與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，并倍頻得到高頻時鐘信號作為電容ADC模塊(330)的時鐘；電容檢測和放大電路(320),用于將目標正弦電壓信號和參考直流電壓信號相加并加載到待測電容C兩端；檢測得到待測電容C兩端的電壓波形，對所述電壓波形采用加載信號產(chǎn)生模塊(310)獲得的方波信號進行解調(diào)，得到表征電容值的直流模擬電壓；電容ADC模塊(330),在加載信號產(chǎn)生模塊(310)產(chǎn)生的高頻時鐘信號的驅動下，將直流模擬電壓轉換為數(shù)字形式，得到電容測量值；加載信號產(chǎn)生模塊(310)包括諧振晶體、增益模塊G1、增益模塊G2、鎖相環(huán)PLL、幅值檢增益模塊G1將諧振晶體的運動檢出為正弦電壓信號，通過幅值檢測模塊和低通濾波器LPF后得到表征所述正弦電壓信號的原直流電壓信號；檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G3得到目標直流電壓信號，將所述原直流電壓信號與目標直流電壓信號相減得到幅值增量，將幅值增量經(jīng)加載信號PID控制器和增益模塊G2后輸入至諧振晶體實現(xiàn)正反饋，使諧振晶體輸出的正弦電壓信號最終穩(wěn)定為目標正弦電壓諧振晶體輸出的目標正弦電壓信號經(jīng)增益模塊G1和鎖相環(huán)PLL得到與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，基于方波信號倍頻出頻率為所述方波信號頻率的2”倍的高頻時鐘信號；檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G4輸出參考直流電壓信號Vdc;可變電阻R1一端連接目標正弦電壓信號，電阻R2一端連接參考直流電壓信號Vdc,電阻3作為待測電容C兩端電壓波形的正極輸出端a;溫度傳感器用于獲得檢測平臺模擬形式的溫度測量值，模擬形式的溫度測量值經(jīng)溫度開關S1一端連接電壓波形的正極輸出端a,開關S2一端連接電壓波形的負極輸出端b,4還包括人機交互模塊或上位機；人機交互模塊或上位機用于向控制器(100)發(fā)送檢測還包括電源模塊，用于為控制器(100)、溫度控制模塊(200)和電源模塊為控制器(100)提供+5V電源，為溫度控制模塊(200)中的溫度傳感器、溫度5技術領域[0001]本發(fā)明涉及半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，屬于半導體器件特性測量技術領域。背景技術[0002]在半導體元器件領域，器件電容或寄生電容的線性度、溫度特性和頻率特性測試是半導體元器件參數(shù)測試中重要的一部分，這類測試的結果可指導實驗室或半導體工藝廠商確定使用不同材料或工藝所制造的半導體元器件的性能，或幫助分析半導體器件或集成電路在不同溫度下失效的原因，以及指導改善半導體器件和電路的性能。除此之外，對于MOS類或BJT類半導體器件，通過利用半導體器件物理中不同的模型，可以根據(jù)其一定頻率下的動態(tài)寄生電容來倒推出工藝參數(shù)，如摻雜濃度、載流子壽命、柵氧化層厚度、界面阱密度等，有利于分析器件的可靠性；對于集成電路中的電容器件，可以由電容測試結果總結出電容器件的線性度和溫度特性等性能指標。精確地測量出這些工藝參數(shù)將有利于整個生產(chǎn)[0003]目前半導體動態(tài)電容測試儀主要向高分辨率方向發(fā)展。測量半導體動態(tài)電容時通常將一交流正弦信號與直流偏置相疊加，輸入到待測電容兩端，將電容耦合到正弦信號的幅值之中，經(jīng)過解調(diào)和適當?shù)臑V波后獲得表征電容兩側交流幅值的直流量，該直流量經(jīng)過適當?shù)姆糯蠛笸ㄟ^ADC轉化為可供計算機處理的數(shù)字信息，返回給單片機檢測結果輸入端口進行檢測，并最終輸出數(shù)字量表示的檢測結果。[0004]半導體器件動態(tài)電容特性測量系統(tǒng)的線性度是影響測試系統(tǒng)性能的關鍵參數(shù)，現(xiàn)有半導體動態(tài)電容測試平臺存在低分辨率、低線性度、大體積的問題。發(fā)明內(nèi)容[0005]針對現(xiàn)有半導體器件動態(tài)電容測試平臺線性度差的問題，本發(fā)明提供一種半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)。[0006]本發(fā)明的一種半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，包括：[0007]控制器，用于根據(jù)檢測指令產(chǎn)生溫度控制信號目標值和檢測控制使能電壓信號；同時用于接收電容測量值和溫度測量值；[0008]溫度控制模塊，用于根據(jù)溫度控制信號目標值為檢測平臺加熱，通過內(nèi)部閉環(huán)控制方法使檢測平臺達到溫度控制信號目標值；同時對檢測平臺進行實際溫度檢測，獲得溫度測量值；[0009]集成化檢測前級接口電路，用于采用集成電路芯片根據(jù)檢測控制使能電壓信號產(chǎn)生參考直流電壓信號和目標正弦電壓信號并加載到待測電容Cx兩端；所述待測電容Cx設置在檢測平臺上；集成化檢測前級接口電路同時用于采集待測電容C兩端的電壓波形，并對電壓波形進行處理得到電容測量值。[0010]根據(jù)本發(fā)明的半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，溫度控制模塊包括溫度傳感器、溫度ADC6[0011]溫度傳感器用于獲得檢測平臺模擬形式的溫度測量值，模擬形式的溫度測量值經(jīng)溫度ADC模塊獲得數(shù)字形式的溫度測量值；溫度PID控制模塊根據(jù)溫度控制信號目標值與數(shù)字形式的溫度測量值的差值得到溫度控制信號，功率驅動模塊根據(jù)所述溫度控制信號驅動風扇或電阻絲，使檢測平臺降溫或升溫達到溫度控制信號目標值。[0012]根據(jù)本發(fā)明的半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，集成化檢測前級接口電路包括加載信號[0013]所述括加載信號產(chǎn)生模塊基于檢測控制使能電壓信號和PID控制，通過諧振晶體產(chǎn)生目標正弦電壓信號，同時產(chǎn)生參考直流電壓信號；再基于目標正弦電壓信號產(chǎn)生與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，并倍頻得到高頻時鐘信號作為電容ADC模塊的時鐘；[0014]電容檢測和放大電路，用于將目標正弦電壓信號和參考直流電壓信號相加并加載到待測電容C兩端；檢測得到待測電容Cx兩端的電壓波形，對所述電壓波形采用加載信號產(chǎn)生模塊獲得的方波信號進行解調(diào)，得到表征電容值的直流模擬電壓；[0015]電容ADC模塊，在加載信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的高頻時鐘信號的驅動下，將直流模擬電壓轉換為數(shù)字形式，得到電容測量值。[0016]根據(jù)本發(fā)明的半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，加載信號產(chǎn)生模塊包括諧振晶體、增益模塊G3和增益模塊G4,[0017]增益模塊G1將諧振晶體的運動檢出為正弦電壓信號，通過幅值檢測模塊和低通濾波器LPF后得到表征所述正弦電壓信號的原直流電壓信號；[0018]檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G3得到目標直流電壓信號，將所述原直流電壓信號與目標直流電壓信號相減得到幅值增量，將幅值增量經(jīng)加載信號PID控制器和增益模塊G2后輸入至諧振晶體實現(xiàn)正反饋，使諧振晶體輸出的正弦電壓信號最終穩(wěn)定為目標正弦電壓信號；[0019]諧振晶體輸出的目標正弦電壓信號經(jīng)增益模塊G1和鎖相環(huán)PLL得到與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，基于方波信號倍頻出頻率為所述方波信號頻率的[0020]檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G4輸出參考直流電壓信號Vdc。[0021]根據(jù)本發(fā)明的半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，電容檢測和放大電路的電容檢測部分包[0022]可變電阻R1一端連接目標正弦電壓信號，電阻R2一端連接參考直流電壓信號Vdc,輸出端通過探針連接待測電容C一端；[0023]運放AMP2反相輸入端通過探針連接待測電7出端作為待測電容C兩端電壓波形的正極輸出端a;測電容C兩端電壓波形的負極輸出端b。[0025]根據(jù)本發(fā)明的半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)，電容檢測和放大電路的放大部分包括開[0026]開關S1一端連接電壓波形的正極輸出端a,開關S2一端連接電壓波形的負極輸出端b,開關S1另一端連接開關S2另一端，開關S1控制端連接所述方波信號，所述方波信號經(jīng)反相器N1反相后連接開關S2控制端；[0027]開關S1另一端經(jīng)電阻R13連接電阻R14一端，電阻R14一端經(jīng)電容C3接地；電阻R14接地，運放AMP6反相輸入端經(jīng)電阻R19連接運放AMP6輸出端，運放AMP6輸出端連接電阻R20一端，電阻R20另一端輸出表征電容值的直流模擬電壓；電阻R20另一端同時經(jīng)電容C6接地。[0028]本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用集成電路芯片對待測電容進行電容值測量，同一塊集成電路上的器件可以有較好的重復性，使用集成電路芯片實現(xiàn)集成化半導體器件動態(tài)電容測試可有效提高系統(tǒng)線性度、減小系統(tǒng)體積。[0029]本發(fā)明使用集成電路芯片將參考直流電壓信號與正弦輸入加和，激勵到待測電容一側極板中，通過電容耦合得到包含容值信息的調(diào)制信號，再經(jīng)過方波解調(diào)和低通濾波得到表征電容容值的直流信號，最后通過ADC將其轉化為可供計算機處理的數(shù)字信息返回給控制器，可通過USB傳回到計算機中進行數(shù)據(jù)采集、處理和保存；本發(fā)明通過溫度控制實現(xiàn)半導體器件不同溫度下動態(tài)電容的測量。[0030]本發(fā)明系統(tǒng)通過容抗放大器電路將電容大小耦合到交流模擬信號的幅值之中，再通過方波解調(diào)和濾波留下直流分量，最后將直流分量轉換為數(shù)字信號，簡單、準確、高精度的將電容值轉變?yōu)閿?shù)字信號；控制器內(nèi)使用了閉環(huán)自動控制方法，自動測量半導體器件在不同溫度下的動態(tài)電容，并實現(xiàn)穩(wěn)定的單溫度點保持。本發(fā)明系統(tǒng)采用了阻抗比例檢測的電容放大檢測和正弦解調(diào)方式，能夠使整個系統(tǒng)在1pF-1000pF的量程內(nèi)有較高的線性度和分辨率。附圖說明[0031]圖1是本發(fā)明所述半導體動態(tài)電容測試系統(tǒng)的測試原理框圖；[0032]圖2是溫度控制模塊的原理框圖；[0033]圖3是集成化檢測前級接口電路的原理框圖；[0034]圖4是加載信號產(chǎn)生模塊的原理框圖；[0035]圖5是電容檢測和放大電路中電容檢測部分電路圖；8[0036]圖6是電容檢測和放大電路中放大部分電路圖。具體實施方式[0037]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。[0038]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。[0039]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。[0041]控制器100,用于根據(jù)檢測指令產(chǎn)生溫度控制信號目標值和檢測控制使能電壓信號；同時用于接收電容測量值和溫度測量值；[0042]溫度控制模塊200,用于根據(jù)溫度控制信號目標值為檢測平臺加熱，通過內(nèi)部閉環(huán)控制方法使檢測平臺達到溫度控制信號目標值；同時對檢測平臺進行實際溫度檢測，獲得溫度測量值；[0043]集成化檢測前級接口電路300,用于采用集成電路芯片根據(jù)檢測控制使能電壓信號產(chǎn)生參考直流電壓信號和目標正弦電壓信號并加載到待測電容Cx兩端；所述待測電容C設置在檢測平臺上；集成化檢測前級接口電路300同時用于采集待測電容Cx兩端的電壓波形，并對電壓波形進行處理得到電容測量值。[0044]所述控制器可采用單片機實現(xiàn)。[0046]溫度傳感器用于獲得檢測平臺模擬形式的溫度測量值，模擬形式的溫度測量值經(jīng)溫度ADC模塊獲得數(shù)字形式的溫度測量值；溫度PID控制模塊根據(jù)溫度控制信號目標值與數(shù)字形式的溫度測量值的差值得到溫度控制信號，功率驅動模塊根據(jù)所述溫度控制信號驅動風扇或電阻絲，使檢測平臺降溫或升溫達到溫度控制信號目標值。[0047]結合圖3所示，集成化檢測前級接口電路300包括加載信號產(chǎn)生模塊310、電容檢測和放大電路320以及電容ADC模塊330,[0048]所述括加載信號產(chǎn)生模塊310基于檢測控制使能電壓信號和PID控制，通過諧振晶體產(chǎn)生目標正弦電壓信號，同時產(chǎn)生參考直流電壓信號；再基于目標正弦電壓信號產(chǎn)生與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，并倍頻得到高頻時鐘信號作為電容[0049]電容檢測和放大電路320,用于將目標正弦電壓信號和參考直流電壓信號相加并加載到待測電容Cx兩端；檢測得到待測電容C兩端的電壓波形，對所述電壓波形采用加載信號產(chǎn)生模塊310獲得的方波信號進行解調(diào)，得到表征電容值的直流模擬電壓；[0050]電容ADC模塊330,在加載信號產(chǎn)生模塊310產(chǎn)生的高頻時鐘信號的驅動下，將直流模擬電壓轉換為數(shù)字形式，得到電容測量值。9[0051]待測電容C、兩端信號被電容檢測和放大電路320檢測到并進行放大、解調(diào)和濾波處理，輸出表征電容值的直流模擬電壓；直流模擬電壓通過ADC轉化成表征電容值的數(shù)字量后輸入到控制器。[0052]集成化檢測前級接口電路300接收到控制器開始檢測的指令后，進入工作狀態(tài)。加載信號產(chǎn)生模塊310內(nèi)部通過諧振晶體閉環(huán)自激振蕩，產(chǎn)生低噪聲、頻率穩(wěn)定的正弦電壓信號，通過鎖相環(huán)得到頻率和相位與正弦信號一致的方波、倍頻得到ADC部分所需時鐘；然后將信號輸入到電容檢測和放大電路320以及電容ADC模塊330;加載信號產(chǎn)生模塊310同時產(chǎn)生參考直流電壓信號給電容檢測和放大電路320。[0053]電容檢測和放大電路320將目標正弦電壓信號和參考直流電壓信號相加并加載到待測電容的加載電壓輸入端，檢測待測電容的電壓輸出端波形并使用加載信號產(chǎn)生模塊310產(chǎn)生的方波進行解調(diào)，再進行低通濾波，得到表征電容值的直流模擬電壓；然后將直流模擬電壓輸入到電容ADC模塊330。[0054]電容ADC模塊330在加載信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的高頻時鐘信號的驅動下，將電容檢測和放大電路320產(chǎn)生的直流模擬電壓轉為可供控制器處理的數(shù)字信號，輸入至控制器。[0056]增益模塊G1將諧振晶體的運動檢出為正弦電壓信號，通過幅值檢測模塊和低通濾波器LPF后得到表征所述正弦電壓信號的原直流電壓信號；[0057]檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G3得到目標直流電壓信號，將所述原直流電壓信號與目標直流電壓信號相減得到幅值增量，將幅值增量經(jīng)加載信號PID控制器和增益模塊G2后輸入至諧振晶體實現(xiàn)正反饋，使諧振晶體輸出的正弦電壓信號最終穩(wěn)定為目標正弦電壓信號；[0058]諧振晶體輸出的目標正弦電壓信號經(jīng)增益模塊G1和鎖相環(huán)PLL得到與所述目標正弦電壓信號相位和頻率相同的方波信號，基于方波信號倍頻出頻率為所述方波信號頻率的[0059]檢測控制使能電壓信號經(jīng)增益模塊G4輸出參考直流電壓信號Vdc。[0060]所述目標正弦電壓信號為頻率為固有頻率、幅值等于預期值的穩(wěn)定正弦振蕩。增益模塊G1輸出的正弦電壓與目標正弦電壓信號的頻率和相位均相同，鎖相環(huán)PLL檢測出增益模塊G1輸出的正弦電壓信號并產(chǎn)生相位和頻率均與該正弦電壓信號相同的方波信號，同[0061]結合圖5所示，電容檢測和放大電路320的電容檢測部分包括可變電阻R1、電阻R2、[0062]可變電阻R1一端連接目標正弦電壓信號，電阻R2一端連接參考直流電壓信號Vdc,輸出端通過探針連接待測電容C一端；[0063]運放AMP2反相輸入端通過探針連接待測電容C另一端，運放AMP2反相輸入端通過[0066]開關S1一端連接電壓波形的正極輸出端a,開關S2一端連接電壓波形的負極輸出[0078]結合圖6所示，電容檢測和放大電路320中得到的表征電容值的直流模擬電壓表示的增益模塊的總增益；sup表示上確界。[0081]直流模擬電壓Vo的計算公式中忽略了所述濾波器有限帶寬內(nèi)