一种芯片测试方法

技术领域

本发明涉及

背景技术

近年来，MEMS(微机电系统)传感器芯片广泛应用于物联网(IoT)通信、智能驾驶和人工智能(AI)等新兴行业。相比于传统的传感器器件产品，MEMS传感器芯片具有体积微型化、设计多元化以及生产制造产出大，因此备受业界关注。

通常，MEMS芯片的生产加工工艺可以基于半导体集成电路芯片的制造产线进行，技术相对而言比较成熟。MEMS芯片在产线完成生产制造工艺时，需要对其晶圆(wafer)进行制程内电学测试(简称电测)。按照测试样品对象，电测一般分为两种，一种是对切割前的wafer状态的样品进行电测，主要作用是监控制程内的工艺加工是否正常，测试没问题之后方可进入下一步工艺；另一种是对切割及封装后的芯片样品进行电测，目的是检测封装后的MEMS芯片功能是否合格。因此，如何准确且高效地完成芯片电测，对于MEMS芯片生产制造十分重要。

由于单片wafer上MEMS芯片数量巨大，少则几千个芯片，多则达到几万个芯片。每一个芯片在生产制造时都必须经过电测。受到芯片结构设计的不同，wafer在电测过程中会产生不同程度的电荷积累，影响wafer后续芯片电测结果的准确性。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的芯片测试方法。

提供一种芯片测试方法，包括：

向芯片的电极施加测试信号，对形成的响应信号进行保存；

向所述芯片的电极施加消除信号，使所述消除信号和所述测试信号在所述芯片上形成的电荷互相抵消。

可选的，所述向芯片的电极施加测试信号，包括：

向所述芯片的电极施加第一直流信号；

所述向所述芯片的电极施加消除信号，使所述消除信号和所述测试信号在所述芯片上形成的电荷互相抵消，包括：

向所述芯片的电极施加与所述第一直流信号极性相反的第二直流信号，使所述第二直流信号对其持续时间积分的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近。

可选的，所述向所述芯片的电极施加消除信号，使所述消除信号和所述测试信号在所述芯片上形成的电荷互相抵消，还包括：

向所述芯片的电极施加大小相等、持续时间相同、极性相反的第三直流信号和第四直流信号，使所述第二直流信号、所述第三直流信号以及所述第四直流信号对其持续时间积分之和的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近。

或者，向所述芯片的电极施加至少一个整数周期的交流信号，使所述第二直流信号、所述交流信号对其持续时间积分之和的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近。

可选的，所述第一直流信号和所述第二直流信号的大小以及持续时间相同。

可选的，所述第一直流信号为正向电压或者电流激励信号，所述第二直流信号为反向电压或者电流激励信号。

可选的，所述交流信号的波形为方形波、三角波或者正弦波，所述交流信号的正峰值与负峰值大小相同。

可选的，所述第三直流信号或者所述第四直流信号的辐值与所述第一直流信号的辐值相同，或者，所述交流信号的正峰值、负峰值的绝对值与所述第一直流信号辐值的绝对值相同。

可选的，通过编译电测设备信号源的编码文件，使所述第一直流信号和所述第二直流信号的极性相反，或者通过切换所述芯片的电极与电测探针的连接顺序，使所述第一直流信号和所述第二直流信号的极性相反；

或者，通过编译电测设备信号源的编码文件，使所述第三直流信号和所述第四直流信号的极性相反，或者通过切换所述芯片的电极与电测探针的连接顺序，使所述第三直流信号和所述第四直流信号的极性相反。

可选的，还包括：

根据所述响应信号得到所述芯片的测试结果。

可选的，所述芯片包括切割前、切割并封装后的芯片。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的芯片测试方法，向芯片施加测试信号得到响应信号后，通过向芯片施加消除信号将测试信号在芯片上形成的电荷抵消，在无需重新更改或优化MEMS芯片的器件结构的情形下，解决MEMS芯片wafer在电测过程中由于不同程度的电荷积累导致无法连续电测测试问题，提高电测结果的准确性，缩短了解决电荷积累问题的时间，加速了产品迭代和实现量产，有利于降低MEMS芯片开发和制造成本，同时也为MEMS芯片设计提供了更大的灵活性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例中芯片测试方法流程图；

图2为本发明实施例中MEMS芯片平面布局示意图；

图3为本发明中MEMS芯片断面结构以及电测充电效应示意图；

图4为本发明实施例中驱动信号组成示意图一；

图5为本发明实施例中驱动信号组成示意图二；

图6为本发明实施例中驱动信号组成示意图三；

图7为本发明实施例中MEMS芯片测试方法流程图一；

图8为本发明实施例中MEMS芯片测试方法流程图二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本发明提供了一种芯片测试方法，请参考图1，图1为本发明实施例中芯片测试方法流程图，包括：向芯片的电极施加测试信号，对形成的响应信号进行保存；

向所述芯片的电极施加消除信号，使所述消除信号和所述测试信号在所述芯片上形成的电荷互相抵消。

MEMS芯片在电测时，需要考虑如何快速有效地消除单片wafer上连续测试数量如此众多的芯片而产生的电荷积累问题，保证电测的一致性。现有技术通过改变和优化MEMS芯片结构设计，来降低和解决电测过程中电荷积累的问题。这虽然是一种有效的方式，但是所需的时间和生产投入成本均比较大，经济效益比较差，而且不满足快速迭代的要求。本发明实施提供的技术方案，通过施加消除信号，使消除信号和测试信号在芯片上形成的电荷互相抵消，从而消除芯片上积累的电荷。在施加消除信号后，根据形成电测的响应信号，结合被测芯片的电性能指标要求，判断消除信号和测试信号在芯片上形成的电荷是否抵消。之后根据响应信号得到芯片的测试结果，具体根据响应信号和预设标准值的差距判断芯片的合格情况。

下面以MEMS芯片电测为例，详细介绍本实施例的实施工艺步骤：

图2为本发明实施例中MEMS芯片平面布局示意图，芯片包括切割前的MEMS芯片，也包括切割并封装后的MEMS芯片。此处提供待测的MEMS芯片，如图2所示，其中电极H为高电位电极，电极L为低电位电极，电极GND为地电极。电测探针包括高电位、低电位和地电极探针，分别施加于芯片的高电位、低电位和地电极上。

测试前将电测设备高电位探针接通到MEMS芯片的高电位电极H，低电位探针接通到芯片的低电位电极L，芯片的地电极GND悬空不接探针。电测测试时，电测设备探针自动接通MEMS wafer芯片电极，电测驱动信号给MEMS wafer上的每一个芯片施加测试信号作为电测主信号，主信号用来给芯片电极施加电压，产生响应信号被相应的信号探测器收集。图3为本发明中MEMS芯片断面结构以及电测充电效应示意图，如图3所示，主信号的施加会产生充电效应，在被测芯片中产生电荷积累。某些MEMS芯片在结构设计时考虑到了电荷积累效应，将消散电路设计在芯片结构中，以降低电荷积累产生的副作用。然而，还有一部分MEMS芯片不具备消散电路设计，无法及时消除积累电荷。本发明方案通过向MEMS芯片的电极施加与测试信号极性相反的消除信号，使消除信号在芯片上形成的电荷抵消测试信号在芯片上形成的电荷，测试信号和电荷积累消除信号采用不同幅值大小电测时，两种信号对持续时间的积分绝对值应基本保持相近。为了实现电荷消除的功能，测试过程具体为：向MEMS芯片的电极施加第一直流信号；向MEMS芯片的电极施加与所述第一直流信号极性相反的第二直流信号，使所述第二直流信号对其持续时间积分的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近，具体来讲，一般采用相同驱动信号幅值大小，且消除信号的持续时间一般大于或等于主信号持续时间，两者的持续时间，大小一般为每段1～1000毫秒。两者的持续时间，大小一般为每段1～1000毫秒。测试信号可以为电流或电压激励信号，例如可以是恒定电压源信号，也可以是恒定电流源信号，主要取决于被测MEMS芯片的电学驱动特性，即电压驱动类型和电流驱动类型。电压范围为1～100伏特，电流范围0.001～10安培。图4为本发明实施例中驱动信号组成示意图一，作为可选的实施方式，如图4所示，第一直流信号为正向电压或者电流激励信号，对应的，第二直流信号为反向电压或者电流激励信号。第二直流信号与第一直流信号极性相反，在MEMS芯片上产生的电荷的电性相反，从而互相抵消。第一直流信号和第二直流信号的大小以及持续时间相同，这样可以保证第二直流信号对其持续时间积分的绝对值和第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近，从而保证在MEMS芯片上产生的电荷量相同或接近，进而保证消除效果。

在可选的实施方式中，在施加第二直流信号进行电荷消除后，接着向MEMS芯片的电极施加大小相等、持续时间相同、极性相反的第三直流信号和第四直流信号，使所述第二直流信号、所述第三直流信号以及所述第四直流信号对其持续时间积分之和的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近。或者，向MEMS芯片的电极施加至少一个整数周期的交流信号，使所述第二直流信号、所述交流信号对其持续时间积分之和的绝对值和所述第一直流信号对其持续时间积分的绝对值相同或者相近。不管是第三直流信号、第四直流信号，还是交流信号，都是与第一直流信号、第二直流信号相同的电压或电流信号，其功能是将够累电荷实现更加稳定的消除，可以是直流信号、极性反转直流信号，也可以是交流信号。交流信号可以是电压源，也可以是电流源，其幅值一般与主信号一致，方便调制。特殊情况下，幅值也可以与主信号不同。信号频率范围为1～10000赫兹。根据不同的MEMS芯片选用不同的信号以及信号组合。具体来讲，交流信号的波形为方形波、三角波或者正弦波，交流信号的正峰值与负峰值大小相同，图5为本发明实施例中驱动信号组成示意图二，图5中消除信号中还采用了2个周期且波形为方形波的交流信号。所述第三直流信号或者所述第四直流信号的辐值与所述第一直流信号的辐值相同，或者，所述交流信号的正峰值、负峰值的绝对值与所述第一直流信号辐值的绝对值相同。

作为可选的实施方式，通过编译电测设备信号源的编码文件，使所述第一直流信号和所述第二直流信号的极性相反，或者通过切换所述芯片的电极与电测探针的连接顺序，使所述第一直流信号和所述第二直流信号的极性相反。或者，通过编译电测设备信号源的编码文件，使所述第三直流信号和所述第四直流信号的极性相反，或者通过切换所述芯片的电极与电测探针的连接顺序，使所述第三直流信号和所述第四直流信号的极性相反。

以本发明实施例中的MEMS芯片为例，本实施例中电测驱动信号是通过对电测设备信号源的代码进行编码，将信号自动施加到被测MEMS wafer上的芯片，进行以下电测步骤：

如图2中将电测设备高电位探针接通到芯片的高电位电极H，低电位探针接通到芯片的低电位电极L，芯片的地电极GND悬空不接探针。图6为本发明实施例中驱动信号组成示意图三，如图6所示，高电位电极H施加的测试电压为10伏特，低电位电极L的测试电压为0伏特，接着高电位电极H施加的消除电压为-10伏特，低电位电极L的消除电压为0伏特，消除电压末端交流信号的幅值为10伏特，频率为100赫兹。图7为本发明实施例中MEMS芯片测试方法流程图一，如图7所示，具体过电测过程为：电测设备探针自动接通MEMS wafer芯片电极，产生并施加测试主信号，信号探测器收集芯片响应信号并保存，电测驱动信号驱动测试电测探针产生并施加电测电荷积累消除信号，依次测试wafer上所有芯片，完成电测测试。通过电测程序自动控制，将电测信号发生并给到被测MEMS芯片，整个电测的时间为300毫秒。施加测试电压时，MEMS芯片产生响应信号，被电测探测器收集到并转换成数据文件进行实时保存。最后，由控制程序自动将探针切换到下一个邻近的芯片，施加电测信号，以此类推依次测试wafer上的下一个芯片。本实施例的wafer大小为直径8寸，一片wafer上大约有30000个MEMS芯片，一片wafer电测完成的时间大约为3小时。通过增加探针阵列，可以大大减少电测总用时。Wafer上每一个芯片经过本发明所述电测驱动信号测试后，将不会产生明显的电荷积累。通过精细调整电荷积累消除信号的电压或者持续时间周期，甚至可以完全消除积累的电荷。本实施例将电测驱动信号的幅值大小、频率和持续时间编译到电测设备信号源的源码文件当中，后续由测试控制程序自动调用并执行，实现电测自动化测试。

以本发明实施例中的MEMS芯片为例，本实施例中电测驱动信号是通过电测设备切换电测探针，将电测主信号和电荷积累消除信号前、后分别自动施加到被测MEMS wafer上的芯片，进行以下电测步骤：

如图2中将电测设备高电位探针接通到芯片的高电位电极H，低电位探针接通到芯片的低电位电极L，芯片的地电极GDP悬空不接探针。图6为本发明实施例中驱动信号组成示意图三，如图6所示，高电位电极H施加的测试电压为10伏特，低电位电极L的测试电压为0伏特，接着高电位电极H施加的消除电压为-10伏特，低电位电极L的消除电压为0伏特，消除电压末端交流信号的幅值为10伏特，频率为100赫兹。图8为本发明实施例中MEMS芯片测试方法流程图二，如图8所示，具体过电测过程为：电测设备探针自动接通MEMS wafer芯片电极，产生并施加测试主信号，信号探测器收集芯片响应信号并保存，电测设备高、低电位探针互换并接通芯片电极，产生并施加电测电荷积累消除信号，依次测试wafer上所有芯片，完成电测测试。将电测主信号发生并给到被测MEMS芯片，每个芯片电测的时间为100毫秒，随后芯片产生响应信号，被电测探测器收集到并转换成数据文件进行实时保存。电测设备高电位和低电位探针互换后分别接到芯片上的低电位电极、高电位电极，将电测电荷积累消除信号发生并给到被测MEMS芯片，持续时间200毫秒。最后，电测设备高电位和低电位探针再一次互换接到下一个邻近的芯片上的高、低电位电极，重复上述步骤测试下一个芯片。同样地，本实施例的wafer大小为直径8寸，一片wafer上大约有30000个MEMS芯片。但是由于探针切换需要增加额外时间，一片wafer电测完成的时间大约为4.5小时，相较于对电测设备信号源的代码进行编码形成电测驱动信号的方式，多出来的时间是反接电极用的时间，实际测试的时间是一样的。通过增加探针阵列，探针阵列与MEMS芯片阵列一一对应测试，也可以大大减少电测总用时。本实施例虽然电测耗时要长，但是对于那些较落后的电测信号源设备不具备代码编译功能，不失为一种有效的解决方案。为此，通过本发明实施例中的电测驱动电路电荷积累消除信号，将MEMS芯片中积累电荷进行消除。Wafer上每一个芯片经过本发明所述电测驱动信号测试后，将不会产生明显的电荷积累。通过精细调整电荷积累消除。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的芯片测试方法，向芯片施加测试信号得到响应信号后，通过向芯片施加消除信号将测试信号在芯片上形成的电荷抵消，在无需重新更改或优化MEMS芯片的器件结构的情形下，解决MEMS芯片wafer在电测过程中由于不同程度的电荷积累导致无法连续电测测试问题，提高电测结果的准确性，缩短了解决电荷积累问题的时间，加速了产品迭代和实现量产，有利于降低MEMS芯片开发和制造成本，同时也为MEMS芯片设计提供了更大的灵活性。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。