第三章 應變矽元件
4.1 整體實驗架構說明
為了得到應變矽元件之特性曲線量測，首先必須要量出 ID-VD、ID-VG，在此 先針對整體實驗所使用儀器與設備作介紹。利用八吋半導體半自動探針量測機台 與半導體參數分析儀 Keithley Instruments C4200，可以整合一套基本半導體參數 量測系統，如圖 4-1 所示。
圖 4.1 量測實驗流程圖
4.1.1 八吋半導體手動探針量測平台(Probe station)
半導體手動探針量測平台，主要是讓研究人員能夠針對特定的單一晶圓做為 手動量測作用，而 IC 設計人員、元件工程師或製程人員等，會在晶圓上設計許 多的測試鍵(Test key)，除了可以在第一時間將製程與元件的參數呈現給顧客知道 外，並也可在 Fab 廠製作完畢之晶圓，利用這些測試鍵做為基本的產品生產測
實驗條件
PMOS
溫度 75℃
溫度 25℃ 溫度 125℃
不同 Si-cap 厚度 (Non-strained、
24Å 、39Å )
量測與分析 不同 Si-cap 厚度 (Non-strained、
24Å 、39Å )
不同 Si-cap 厚度 (Non-strained、
24Å 、39Å )
結果與比較
試。但相對地學校的設備無法與業界的 Fab 廠機台相比，學校提供的乃是較簡易 的手動或半自動量測平台，不同於業界自動化設備上，畢竟業界以量產為考量，
所考量的出發點也不同，相對設備等級與需求也會大大地不同。再者，維護人員 的訓練也相對的重要，在 Fab 廠，都會有特定的設備工程師在維護，並提供各機 台的穩定度校正。而對於要如何利用 GPIB 介面，如圖 4.2 所示，整合為一套自 動量測系統，量測機台程式語言的學習，也會是重要課題之一。對於業界而言，
也會有專屬人員去開發和維護。
圖 4.2 GPIB 介面控制卡
在進行量測時，當探針點測在晶圓上時，需要盡量地遠離測試平台，以免不 必要的碰撞，所以都會加上防震桌於測試平台上，因為如果碰撞到測試機台，會 使得已經放置在晶圓上的探針，會產生滑動的現象，嚴重時，會使探針斷裂或歪 斜，進而必須更換探針。在量測時，還需注意到漏電流的部分，在空針量測時，
量測之電流量級至少在 Femto 等級(10-15A)。因此，量測實驗時，對於環境的要 求極為重要，以避免造成數值上的誤差，另外在量測同時，最好隔絕所有的發光 源，因光的能量直射至晶圓表面，會使元件因受到能量激發，產出更多的電子電 洞對，為了避免實驗數據有失準確性，在量測同時必須關閉所有日光燈，並以黑 色布簾隔離所有光源。下圖 4.3 為八吋手動探針量測平台。
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圖 4.3 八吋手動探針量測平台
4.1.2 半導體參數分析儀 Agilent 4156C
目前常見的半導體參數分析儀主要有美商吉時利儀器 Keithley instruments C4200 以及安捷倫 Agilent 4156C，本實驗所使用的儀器為 Keithley instruments C4200 和安捷倫 Agilent 4156C。Keithley instruments C4200 的內建文件說明及隨 點即用的介面，都加快與簡化了讀取資料步驟，所以使用者可以很快的得到分析 結果，而 Agilent 4156C 則是需要藉助手動操作的。如圖 4.4 所示，為 Agilent 4156C 半導體參數分析儀，可應用在高精密度 Wafer level test 以及 Diode、BJT、MOS、
IC…等半導體元件特性的測量。以下為 Agilent 4156C 功能表介紹。
半導體參數分析儀 可量測電壓範
圍
2μV-200V
可量測電壓解 析度
2μV
可量測電壓準 確度
700μV
可量測電流範 圍
10fA-1A
可量測電流解 10fA
析度 可量測電流準
確度
3pA
最高取樣點 10,001（linear、log、thinned-out）
脈波寬度 0.5msec-100msec
取樣解析度
（Auto）
60μs-480μs 解析度為 20μs 480μs-1s 解析度為 80μs 1s-65534s 解析度為 2ms 表 4.1 Agilent 4156C 功能表
另外，Agilent 4156C 系統軟體使用是 Agilent Technologies 所提供的 ICS 軟 體進行自動控制，能方便且快速進行量測。而一開始量測時，在設定間隔值(Step) 時，先以較大的間隔值作為第一次掃描，若要更精準的解析度值時，在降低其間 隔值，這樣可減少不必要的時間在操作量測上，此外，可以外接一台個人電腦，
透過 GPIB 卡可以直接作為 4156C 設定，然而，設定值須依不同量測元件給予不 同的設定值，要特別注意的是，盡量不要提供太大電壓值，以避免造成閘極氧化 層崩潰。
圖 4.4 Agilent 4156C 外觀示意圖
4.1.3 Agilent E5250A
Agilent E5250A 低漏電流切換開關處理器，可將單一測量機台，如 Agilent 4156C 或 4284A 連接到自動化操作的測量系統。圖 4.5 為 Agilent E5250A 外觀示 意圖。
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圖 4.5 為 Agilent E5250A 外觀示意圖
圖 4.6 Agilent 4156C 自動量測系統示意圖