中心議題：

• 討論精確測量功率MOSFET的導通電阻

解決方案：

• 采用相鄰晶粒方法
• FEA輔助確定RDS(on)測量值

電阻值的測量通常比較簡單。但是，對於非常小阻值的測量
，我們必須謹慎對待我們所做的假定。對於特定的幾何形狀，如電線，Kelvin方法是非常精確的。可以使用類似的方法來測量均勻樣本的體電阻率和麵電阻率
，但是所使用的公式不同。在這些情況下，必須考慮探針間距和樣本厚度。僅僅運用Kelvin法本身無法保證精度。如果布局和連接數發生變化，就很難精確地預測非均勻幾何形狀的電阻。

MOSFET最重要的特性之一就是漏極到源極的導通電阻（RDS(on)）。在封裝完成之後測量RDS(on)很簡單，但是以晶圓形式測量該值更具有其優勢。

晶圓級測量

為了保證Kelvin阻值測量的精度
，需要考慮幾項重要的因素：(1)待測器件（DUT）的幾何形狀


；(2)到器件的接線；(3)材料的邊界；(4)各種材料（包括接線）的體電阻率。

一種測量RDS(on)的典型方法是在卡盤（Chuck）和接觸晶圓頂部的探針之間產生電流。另一種方法是在晶圓的背麵使用探針來代替卡盤。這種方法可以精確到2.5mΩ。

一種較大的誤差來源於晶圓和卡盤之間的接觸（如圖1所示）。因為卡盤上以及晶圓背麵粗糙不平，所以隻有在個別點進行電氣連接。晶圓和卡盤之間的接觸電阻的數值足以給RDS(on)的測量引入較大的誤差。僅僅重新放置卡盤上晶圓的位置就會改變接觸區域並影響RDS(on)的測量結果。
lingyizhongceliangpianchalaiyuanshitanzhendebuju。ruguoyidongleqiangzhidianliutanzhen，dianliudefenbumoshijiangfashengbianhua。zhehuigaibiandianyatidumoshi，erqiehuigaibiandianyajiancetanzhenchudedianya。

相鄰晶粒方法

需要的設備包括：(1)帶有6個可用探針的探針台
；(2)電壓計；(3)電dian流liu源yuan。將jiang晶jing圓yuan和he導dao電dian的de卡ka盤pan隔ge離li開kai這zhe一yi點dian非fei常chang重zhong要yao。如ru果guo晶jing圓yuan與yu卡ka盤pan存cun在zai接jie觸chu，那na麼me這zhe種zhong接jie觸chu將jiang造zao成cheng電dian流liu以yi平ping行xing於yu基ji底di的de方fang式shi流liu動dong，改gai變bian了le測ce量liang結jie果guo。可ke以yi用yong一yi張zhang紙zhi將jiang晶jing圓yuan和he卡ka盤pan隔ge離li開kai。

到(dao)漏(lou)極(ji)的(de)連(lian)接(jie)是(shi)通(tong)過(guo)在(zai)待(dai)測(ce)器(qi)件(jian)的(de)另(ling)一(yi)側(ce)使(shi)用(yong)相(xiang)鄰(lin)的(de)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de)器(qi)件(jian)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。內(nei)部(bu)晶(jing)圓(yuan)結(jie)構(gou)要(yao)比(bi)晶(jing)圓(yuan)和(he)卡(ka)盤(pan)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)牢(lao)固(gu)得(de)多(duo)。因(yin)此(ci)
，相(xiang)鄰(lin)晶(jing)粒(li)方(fang)法(fa)要(yao)比(bi)傳(chuan)統(tong)的(de)RDS(on)測量方法精確得多。

圖2顯示了測量的結構。3個MOSFET和6個探針均在圖中顯示出來，電接觸則示意性地畫出。中間的MOSFET是待測器件。
所顯示的極性屬於N溝道MOSFET。漏極電流受限於探針的電流傳輸能力。左側的MOSFET的作用是在待測器件的漏極側施加電流。待測器件右側的MOSFET用於測量漏極電壓。

在MOSFET中
，如果柵極開啟
，而且漏極到源極之間沒有電流，那麼漏極和源極的電壓相等。這種方法就利用這個原理來測量探針D上的漏極電壓。

柵極偏壓被連接在探針C和E之間。如果連接在探針B和E之間

，那麼探針B和源極焊盤之間的電壓降會降低待測器件上的實際柵極電壓。因為在RDS(on)測量過程中沒有電流通過，所以探針C上不存在電壓降。

相鄰晶粒方法確實需要右側的MOSFET（在探針D和F之間）處於工作狀態。如果這個晶粒上的柵極和源極被短路，那麼測量結果可能不正確。

RDS(on)的取值是通過計算Vdc/IAB得到的，但是也可以得到更加精確的RDS(on)取值。
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FEA輔助確定RDS(on)測量值

盡管相鄰晶粒法很精確
，但是它並不能給出RDS(on)完全精確的測量值。為了得到僅由有源區貢獻的RDS(on)
，可以將測量結果與仿真進行對比。

有限元分析（FEA）軟件可以用來為測量結構建模。一旦建立了有源區電阻和RDS(on)測量值之間的關係
，就可以根據測量結果確定有源區的電阻。

仿真模型是3個MOSFET和晶圓的一部分的三維表示。

在有限元模型中，有源區電阻是已知的。FEA軟件用來對測試結構建模並計算RDS(on)測量結果。

仿(fang)真(zhen)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)兩(liang)次(ci)
，使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)有(you)源(yuan)區(qu)電(dian)阻(zu)值(zhi)來(lai)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)。因(yin)為(wei)響(xiang)應(ying)的(de)線(xian)性(xing)相(xiang)當(dang)好(hao)，所(suo)以(yi)電(dian)阻(zu)值(zhi)是(shi)任(ren)意(yi)選(xuan)取(qu)的(de)。對(dui)每(mei)種(zhong)晶(jing)粒(li)的(de)尺(chi)寸(cun)
，這(zhe)種(zhong)仿(fang)真(zhen)隻(zhi)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)一(yi)次(ci)。

利用仿真測量結果和實際有源區的電阻之間的關係，可以得到一個公式，用來根據相鄰晶粒方法的測量值計算有源區電阻。

相鄰晶粒方法

有幾項因素會給測量引入誤差。最重要的因素是探針的位置以及基底的電阻率。

從仿真結果可以看出，有些因素對測量結果的影響非常小。基底的厚度通常是200μm。厚度從175μm變化到225μm隻會給RDS(on)帶來1%的誤差（仿真的測量結果）。同樣，背墊金屬表麵電阻的變化對結果的影響也不會超過1%。仿真得到的一項驚人的結果表明，頂部金屬厚度和電阻率對結果的影響也可以忽略不計。

基底電阻率的變化會給RDS(on)測量結果帶來線性響應。圖3顯示了遠遠超出實際基底正常分布的基底電阻率。這樣做是為了顯示響應是線性的。
探針在待測器件上的擺放位置必須保持一致。探針位置的變化會造成測量結果的變化。待測器件左側和右側器件上探針的位置（見圖2中的A和D）也會影響測量結果
，但是影響沒有前者大。造成這種測量誤差的原因在於頂部金屬的表麵電阻大於0。

將探針B或C從源極焊盤中心向邊緣移動會導致較大的誤差。圖4顯示了移動探針B或C所產生的誤差。每條線表示RDS(on) 2%的誤差。在繪製這張圖時，使用了5μm×5μm的網格。每次隻移動一個探針的位置。
相鄰晶粒方法是一種成本低廉
、精確地以晶圓形式測量MOSFET有源區的RDS(on)的方法。它在檢測不同批次晶圓的差別方麵非常有用。