TOP > 国内特許検索 > プローブカード及びノイズ測定装置 > 明細書

明細書 :プローブカード及びノイズ測定装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第6008332号 (P6008332)
登録日 平成28年9月23日(2016.9.23)
発行日 平成28年10月19日(2016.10.19)
発明の名称または考案の名称 プローブカード及びノイズ測定装置
国際特許分類 G01R   1/073       (2006.01)
G01R  31/26        (2014.01)
FI G01R 1/073 E
G01R 31/26 B
請求項の数または発明の数 6
全頁数 10
出願番号 特願2013-537501 (P2013-537501)
出願日 平成24年10月1日(2012.10.1)
国際出願番号 PCT/JP2012/075407
国際公開番号 WO2013/051515
国際公開日 平成25年4月11日(2013.4.11)
優先権出願番号 2011219654
優先日 平成23年10月3日(2011.10.3)
優先権主張国 日本国(JP)
審査請求日 平成27年9月30日(2015.9.30)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】504171134
【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学
発明者または考案者 【氏名】大毛利 健治
【氏名】蓮沼 隆
個別代理人の代理人 【識別番号】100137800、【弁理士】、【氏名又は名称】吉田 正義
【識別番号】100148253、【弁理士】、【氏名又は名称】今枝 弘充
【識別番号】100148079、【弁理士】、【氏名又は名称】梅村 裕明
審査官 【審査官】荒井 誠
参考文献・文献 特開2006-030111(JP,A)
特開2007-309753(JP,A)
特開2002-122474(JP,A)
調査した分野 G01R 1/073
G01R 31/26
H01L 21/66
特許請求の範囲 【請求項1】
MOS型電界効果トランジスタに当接するプローブを有し、前記MOS型電界効果トランジスタのノイズを測定するプローブカードにおいて、
フィルタ回路が設けられた第1の基板と、
前記第1の基板に積層され、前記MOS型電界効果トランジスタの出力信号を増幅する増幅回路が設けられた第2の基板とを有し、
前記第1の基板の外縁に設けられた第1のシールド内に前記第1の基板及び前記第2の基板が設けられ、
前記第2の基板の外縁に設けられた第2のシールド内に前記第2の基板が設けられており、
前記第2の基板は、前記第1のシールド及び前記第2のシールド内に収容される
ことを特徴とするプローブカード。
【請求項2】
前記第1の基板及び前記第2の基板に電気的に接続されたケーブル群を備え、
一端に前記プローブが保持部によって保持されており、他端側に形成された挿通部から前記ケーブル群が外部へ引き出されている
ことを特徴とする請求項1記載のプローブカード。
【請求項3】
前記増幅回路がIC化されていることを特徴とする請求項1記載のプローブカード。
【請求項4】
MOS型電界効果トランジスタに当接するプローブを有し、前記MOS型電界効果トランジスタのノイズを測定するプローブカードを備えるノイズ測定装置において、
前記プローブカードは、
フィルタ回路が設けられた第1の基板と、
前記第1の基板に積層され、前記MOS型電界効果トランジスタの出力信号を増幅する増幅回路が設けられた第2の基板とを有し、
前記第1の基板の外縁に設けられた第1のシールド内に前記第1の基板及び前記第2の基板が設けられ、
前記第2の基板の外縁に設けられた第2のシールド内に前記第2の基板が設けられており、
前記第2の基板は、前記第1のシールド及び前記第2のシールド内に収容される
ことを特徴とするノイズ測定装置。
【請求項5】
前記第1の基板及び前記第2の基板に電気的に接続されたケーブル群を備え、
前記プローブカードは、一端に前記プローブが保持部によって保持されており、他端側に形成された挿通部から前記ケーブル群が外部へ引き出されている
ことを特徴とする請求項4記載のノイズ測定装置。
【請求項6】
前記増幅回路がIC化されていることを特徴とする請求項4記載のノイズ測定装置。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、プローブカード及びノイズ測定装置に関し、特にMOS型電界効果トランジスタのノイズを測定する場合に好適なものである。
【背景技術】
【0002】
MOS型電界効果トランジスタ(以下、「MOSFET」という)の微細化に伴い、特性の揺らぎが顕在化して問題となっている。揺らぎは、しきい値電圧ばらつき等の静特性のばらつきと、雑音に代表される時間的な(動特性の)揺らぎに分けることが出来る。雑音の特性は、一般に周波数スペクトルとして評価される。
【0003】
MOSFETの低周波帯域の雑音特性は、1/f雑音、フリッカー雑音とも言われ、周波数に対して1/fで減少する特性を示す。1~10Hzの低周波ノイズについてはこまで多くの論文が報告されている(例えば、非特許文献1~3)。
【0004】
図6は市販の機器(Agilent社製、B1530A)を用いてノイズを測定した結果である。100はMOSFETに接続しない場合の測定系のノイズ強度、101はMOSFETに接続したときのノイズ強度である。本図より、1MHz以下の領域では測定系のノイズに対してMOSFETのノイズが大きく、その評価が可能であるが、1MHzを超えると測定系のノイズとMOSFETのノイズが同程度になり、高周波数での測定が出来ないことがわかる。他の市販機器を用いても数kHzまでの雑音特性測定が現実的である。
【0005】
現在の先端SRAMは5ns以下で書き換えが行われており、その速さは周波数帯域では200MHz以上に相当する。SRAMの書き込み/読み込みエラーが問題となっているが、そのエラーの直接的な原因やプロセス条件との相関性を検証するためには、MOSFETの雑音測定をSRAMの動作周波数帯域である100MHz~1GHzの帯域で行う必要がある。
【先行技術文献】
【0006】

【非特許文献1】K. K. Hung et al.,IEEE TED 37 (1990) 654.
【非特許文献2】F. N. Hooge IEEE TED41 (1994) 1926.
【非特許文献3】E. Simoen et al.,Solid-State Electronics 43 (1999) 865.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら従来のノイズ測定装置では、SRAMの動作周波数帯域である100MHz~1GHzの帯域でノイズ測定を行うことが出来ないという問題があった。
【0008】
そこで本発明は、上記した問題点に鑑み、数MHz以上の高周波数帯域においてノイズを測定することができるプローブカード及びノイズ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、MOS型電界効果トランジスタに当接するプローブを有し、前記MOS型電界効果トランジスタのノイズを測定するプローブカードに、前記MOS型電界効果トランジスタの出力信号を増幅する増幅回路が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、プローブカードに増幅回路を搭載し、MOS型電界効果トランジスタと増幅回路との距離を短くした。これにより、本発明は、位相のずれ等の信号伝達のロスを抑制できるので、高周波数帯域においてノイズを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第1実施形態に係るノイズ測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】第1実施形態に係るプローブカードの構成を示す図であり、図2Aは平面図、図2Bは図2AにおけるA-A部分断面図である。
【図3】第1実施形態に係るプローブカードの構成を示す図であり、カバーを外した状態における底面図である。
【図4】第1実施形態に係るプローブカードの構成を示す回路図である。
【図5】第1実施形態に係るノイズ測定装置を用いた測定結果を示すグラフであり、図5AはMOSFETのノイズを測定した結果、図5Bは図5Aの測定結果から、「Noise floor」を引いて周波数あたりのノイズ強度に変換した結果を示すグラフである。
【図6】従来技術における測定例を示すグラフである。
【図7】第2実施形態に係るプローブカードの写真であり、図7Aは斜視図、図7Bはカバーを外した状態における底面図である。
【図8】第2実施形態に係るプローブカードの構成を示す回路図である。
【図9】第2実施形態に係るノイズ測定装置を用いた測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【0012】
2 :ノイズ測定装置
6A :プローブカード
14 :DUT(MOS型電界効果トランジスタ)
32 :第1のシールド
34 :第2のシールド
38 :ゲート用プローブ(プローブ)
40 :ドレイン用プローブ(プローブ)
42 :ソース用プローブ(プローブ)
44 :基板用プローブ(プローブ)
56 :増幅回路
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
(1)第1実施形態
(全体構成)
図1に示すノイズ測定装置2は、安定化電源4と、当該安定化電源4と電気的に接続されたプローブカード6Aと、プローブカード6Aから出力される出力信号を受信してノイズを測定する測定器10とを備える。プローブカード6Aは複数(本図では4本)のプローブを有するプローブ群8が設けられている。プローブ群8は、ゲート用プローブ38、ドレイン用プローブ40、ソース用プローブ42、基板用プローブ44を有する。当該プローブ群8はノイズ測定時に先端がウェハ12に形成されたDUT14に当接する。これにより、プローブカード6AはDUT14と測定器10とを電気的に接続する。DUT14は被測定デバイス(Device Under Test)となるMOSFETである。

【0014】
ノイズ測定装置2は、安定化電源4から供給される直流電圧をプローブ群8を通じてDUT14に印加し、当該DUT14から出力される出力信号をプローブ群8を介して測定器10へ出力することにより、測定器10においてDUT14のノイズを測定する。

【0015】
プローブカード6Aは、図2に示すように、プローブ群8、プローブ群8と電気的に接続された第1の基板16及び第2の基板18A、取付部15、第1の基板16及び第2の基板18Aに電気的に接続されたケーブル群20を備える。プローブカード6Aの一端にプローブ群8が保持部37によって保持されており、他端側に形成された挿通部17からケーブル群20が外部へ引き出されている。第1の基板16と第2の基板18Aは積層されている。

【0016】
ケーブル群20は、複数のケーブル、本図では7本(第1~第7のケーブル21~27)で構成されており、一端は第1の基板16又は第2の基板18Aに電気的に接続され、他端はそれぞれにコネクタ30が設けられている。ケーブル群20は同軸ケーブルが好適に用いられる。第1の基板16及び第2の基板18Aの表面は、カバー36で覆われている。

【0017】
図3に示すように、第2の基板18Aは、プローブ群8が設けられた一端と挿通部17が設けられた他端との間であって、第1の基板16の略中央に配置されている。第2の基板18Aの両側にはそれぞれ第1のケーブル21と第7のケーブル27が配置されている。すなわち、第1のケーブル21は挿通部17から一端に向かって第2の基板18Aの一側に配置されている。また、第7のケーブル27は挿通部17から一端に向かって第2の基板18Aの他側に配置されている。

【0018】
第2~第6のケーブル22~26は挿通部17の略中央から導入され互いに略平行に配置されている。第2~第5のケーブル22~25は第2の基板18Aに接続されている。第6のケーブル26は、図示しない配線で、ソース用プローブ42に接続されている。

【0019】
プローブカード6Aは、第1の基板16の外縁に第1のシールド32が設けられ、当該第1のシールド32内に第1の基板16及び第2の基板18Aが収容されている。さらに、第2の基板18Aの外縁には第2のシールド34が設けられ、当該第2のシールド34内に第2の基板18Aが収容されている。これにより、第2の基板18Aは、第1のシールド32及び第2のシールド34によって遮蔽された空間に収容される。

【0020】
図4に示すように、DUT14は、ゲート、ドレイン、ソース、基板にそれぞれ電気的に接続されたゲートパッド46、ドレインパッド48、ソースパッド50、基板パッド52が設けられている。ゲートパッド46にはゲート用プローブ38、ドレインパッド48にはドレイン用プローブ40、ソースパッド50にはソース用プローブ42、基板パッド52には基板用プローブ44がそれぞれ当接され得る。ゲート用プローブ38は、第1の基板16に設けられた第1のフィルタ回路58を通じて第1のケーブル21に接続されている。ドレイン用プローブ40は、第2の基板18Aに設けられた増幅回路56Aに接続されている。本実施形態の特徴的構成は、後述する増幅回路を有する第2の基板18Aがプローブカード6Aに設けられている点である。

【0021】
増幅回路56Aは、アンプ57と、1対のコンデンサ59,61と、フィードバック抵抗62とを有する。コンデンサ59,61は、アンプ57の入力側及び出力側に直列に設けられている。フィードバック抵抗62は、当該アンプ57に並列に設けられている。アンプ57は、入力にドレイン用プローブ40が接続されており、出力に第4のケーブル24が接続されている。また、アンプ57の電源端子に第5のケーブル25が接続されている。さらに、アンプ57の入力には、バイアス回路54が接続されている。バイアス回路54は、第2及び第3のケーブル22,23に接続されている。本実施形態の場合、増幅回路56Aに設けられるフィードバック抵抗62と、バイアス回路54に設けられるプルアップ抵抗(図示しない)は、異なる値の抵抗が用いられる。

【0022】
ソース用プローブ42は第6のケーブル26を介して、接地されている。基板用プローブ44は、第1の基板16に設けられた第2のフィルタ回路60を通じて第7のケーブル27に接続されている。第4のケーブル24は、コネクタ30及び同軸ケーブルを介して測定器10に接続されている。第1,第2,第6,第7のケーブル21,22,26,27は、コネクタ30及び同軸ケーブル(図示しない)を介して安定化電源4に接続されている。第3のケーブル23は、電圧計(図示しない)に接続されており、プルアップ抵抗に係る電圧を除いたドレインに印加される正味の電圧値を計測する。第5のケーブル25はアンプ57を駆動するための安定化電源(図示しない)に接続されている。

【0023】
(作用及び効果)
以上の構成において、ノイズ測定装置2は、まず、プローブ群8を各パッド46,48,50,52に当接させる。すなわち、ゲート用プローブ38をゲートパッド46に、ドレイン用プローブ40をドレインパッド48に、ソース用プローブ42をソースパッド50に、基板用プローブ44を基板パッド52にそれぞれ当接させる。なお、プローブをパッドに当接する際は、図示しない顕微鏡を用いて位置を確認しながら行う。

【0024】
次いで、ゲート用プローブ38及びドレインパッド48を通じてDUT14のゲート及びドレインへ安定化電源4から供給される電圧を印加する。これにより、DUT14は閾値電圧に応じた導通状態となる。そうすると、DUT14はソース・ドレイン間に電流が流れる。この電流量には揺らぎが発生する。この揺らぎを生じた電流を電圧に変換し、増幅回路56Aにより高周波成分のみを増幅させた出力信号を、ノイズとして測定器10により測定する。

【0025】
本実施形態に係るノイズ測定装置2は、プローブカード6Aに増幅回路56Aを搭載し、DUT14のドレインパッド48とアンプ57との距離を短くした。これにより、ノイズ測定装置2は、位相のずれ等の信号伝達のロスを抑制できるので、高周波数帯域においてノイズを測定することができる。

【0026】
因みに、従来のノイズ測定器は、MOSFETから信号増幅/検出器までの距離が15cm~60cmと長いため位相のずれ等が生じる。

【0027】
上記のように構成されたプローブカード6Aを用いてMOSFETのノイズ測定を行った結果を図5に示す。なお、プローブカード6Aは、ドレインパッド48からアンプ57までの距離が10mm程度になるように形成した。MOSFETは、ゲート長(L)/幅(W)が、1/2.5μmのn-MOSFETを使用した。ゲートSiO膜の厚さは3nmである。ゲートに印加する電圧は、閾値電圧に対し、1.0(本図中71),0.8(本図中72),0.6(本図中73),0.4(本図中74),0.2(本図中75)Vの5種類で測定した。測定した結果を本図Aに示す。また、本図A中「Noise floor」は、通電していないDUT14にプローブ群8を接続させた場合のノイズを測定した結果である。また、本図Aの測定結果から、「Noise floor」引いて周波数あたりのノイズ強度に変換した結果を本図Bに示す。本図から、測定系のノイズフロアとノイズ強度が重ならないことから、本実施形態に係るプローブカード6Aを用いることにより、40MHzの高い周波数でのノイズが正常に得られることが確認された。本実施形態に係るプローブカード6Aでは、アンプの性能を向上させたり、実装形態を改良したりすることによって、数百MHzまでのMOSFETのノイズ特性が測定可能と考えられる。

【0028】
(2)第2実施形態
次に、第2実施形態に係るプローブカードについて図7~図9を参照して説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図7に示すプローブカード6Bは、第2の基板18Bの構成が上記第1実施形態と異なる。

【0029】
図8に示すように、第2の基板18Bは、増幅回路56Bを有する。増幅回路56Bは、アンプ57と、1対のコンデンサ59,61と、フィードバック抵抗62とを有する。本実施形態の場合、増幅回路56Bは、単一のIC(Integrated Circuit)で構成され、4個のトランジスタが配置されている。このように増幅回路56BをIC化することにより、プローブカード6Bは、より高周波のノイズ特性を測定することができる。

【0030】
図9は本実施形態に係るプローブカード6Bを用いてDUT14のノイズ測定を行った結果を示す。なお、増幅回路56BはIBM 0.13μm、8HP SiGe BiCMOS Processを用いて作製した。

【0031】
DUT14は、ゲート長(L)が85nmの12インチウェーハ上に形成されたMOSFETとした。当該MOSFETにプローブ群8を接続させてノイズを測定した。ゲートSiO膜の厚さは3nmである。ゲートに印加する電圧は、閾値電圧に対し、0.2(本図中81),0.4(本図中82),0.6(本図中83)Vの3種類で測定した。本図中「Noise floor」は、通電していないDUT14にプローブ群8を接続させた場合のノイズを測定した結果である。本図から、本実施形態に係るプローブカード6Bを用いることにより、800MHzのより高い周波数でのノイズが正常に得られることが確認された。
本実施形態に係るプローブカード6Bは、例えば、オシロスコープの代わりにスペクトラムアナライザを使用することにより、超高速時間領域における電流を監視したり、SRAM(Static Random Access Memory)セル、メモリ装置(RRAM(登録商標)(Resistive Random Access Memory:抵抗変化メモリ)フィラメント形成)やNAND型フラッシュメモリの転送だけでなく、信頼性試験のための超高速の監視の切り替えなど様々な現象を監視するのに利用することができる。

【0032】
(3)変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。上記実施形態では、ドレイン電流の揺らぎを電圧に変換してノイズを測定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、電圧に変換せず電流から直接ノイズを測定してもよいし、電圧及び電流の両方で測定することとしてもよい。
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8