4200 kte7.0 training v1.0

4200-SCS訓練課程4200-SCS訓練課程

講師: 廖永淵

[email protected]

03-5729077 #332

KITE 7.0 v1.0 2Oct2007

如何輕鬆利用KEITHLEY4200提升I-V量測效率如何輕鬆利用KEITHLEY4200提升I-V量測效率

• KEITHLEY 4200簡介

• 簡單設定4200完成一個I-V量測

• 儲存量測資料(Data),圖型(Curve)與設定條件

• 量測 Data 分析功能(Formula)

• 利用4200控制外部儀器---ex CV4284 ,Switch Matrix,Semi-auto prober

• Subsite Loop Stress/Segment/Cycle (ex:HCI)• 4200-CVU 簡介 (NEW !)

• Pulse IV 簡介

• Q&A

KEITHLEY4200 簡介

4200前端面板前端面板前端面板前端面板

4200後端面板後端面板後端面板後端面板

Model 4200-SCS• 2~8 SMU

– Medium-Power (100mA max)

– High-Power SMU (1A max)

• 0.1fA 電流解析能力(w/ PreAmp)

• Pulse & Scope Card ……

• 內建網路卡, GPIB, RS-232, USB, 印表機界面

• Windows XP作業系統,視窗圖形界面

• 可執行multi-tests (多重參數自動量測)

• Excel/ASCII 檔案格式

• 內建軟體可外控儀器

– CV4284 ,Switch Matrix,Semi-auto prober

SMU (Source Measure Unit) configuration

4200電流電壓規格電流電壓規格電流電壓規格電流電壓規格

4200電流電壓操作範圍電流電壓操作範圍電流電壓操作範圍電流電壓操作範圍

PreAmp 提升量測準確度

• On the Back Panel

• On the Dark Box

• On the Prober Platen

接線方式

接線端接線端接線端接線端

SMU端端端端

GND端端端端

PreAmp端端端端

接線接線接線接線

一般一般一般一般TRIAX 接線接線接線接線 : GND and PreAmp

Mini TRIAX 接線接線接線接線 : SMU

接線方式接線方式接線方式接線方式

二端元件二端元件二端元件二端元件接線方式接線方式接線方式接線方式 (SMU Local Sense)

請接在請接在請接在請接在FORCE端端端端


二端元件二端元件二端元件二端元件接線方式接線方式接線方式接線方式 (SMU Remote Sense)

• 2-wire

28



三端元件三端元件三端元件三端元件接線方式接線方式接線方式接線方式 (SMU)

請接在請接在請接在請接在FORCE端端端端


四端元件四端元件四端元件四端元件接線方式接線方式接線方式接線方式 (PreAmp) 請接在下方請接在下方請接在下方請接在下方FORCE端端端端

4200 控制軟體控制軟體控制軟體控制軟體

• KCON(ktithley configuration)-->管理系統配置

• KITE(keithley interactive test enviroment)-->主要操作界面

• KPulse(keithley pulse generator)-->圖型界面控制Pulse

• KScope(keithley scope)-->圖型界面控制Scope

• KULT(keithley user library tool)-->可讓user自己寫程式控制(C語言)

• KXCI(keithley external control interface)-->由外部透過GPIB控制4200

KCON(keithley configuration)

KITE(keithley interactive test environment)

KPulse (Keithley Pulse)

KScope (Keithley Scope)

KULT(keithley user library tool)

KXCI (Keithley External Control Interface)

方便好用的介面方便好用的介面方便好用的介面方便好用的介面

• 彈性的 project tree

• Subsite loop

• Subsite Data Sheet

• 即時的量測曲線

• 不間斷的測試按鈕

• 設定ITM compliance的條件來終止測試

– 當元件Fail時終止測試, 節省大量測試時間

更彈性的更彈性的更彈性的更彈性的 project tree• 選擇/取消任一

test/device/subsite

• 維持 project 的完整性, 不需要刪除其他暫時不測的項目

• 在自動化測試時, 您只要選擇所需執行的項目

• 執行完成後, 將Project儲存成不同的名稱

Subsite Loop 功能功能功能功能

• 在 subsite, 您可以增加額外的Loop次數

• 每個 loop 的資料儲存在數據資料頁的新增Data Sheet中

• 有助於– 整片 wafer 對應於 subsite

以及 site loops

– 堆疊多個 dies的量測結果

• Subsite Data Sheet– 可顯示在各ITM測試項目

中您所指定的參數

• 有助於比較不同測試的量測結果

• 結合 subsite loop 的特性, 可以用來比較不同devices的量測結果

簡單設定4200完成一個I-V量測

Step1.Start KITE

Step2.Open “NEW” project

Step3. Build a new test

Step4.Select SMU setup

Step6.Define “VdsId” graph

Step7.Execute “VdsId” test

Step8.Save Graph

Step9.Export the test data

MOSFET-Vds-Ids量測量測量測量測

Step5.Modify “VdsId” test definition

Watch DEMOWatch DEMO

Step1.Start KITE

Step1.Start KITE

Step2. Open “NEW” project

Step2.Open “NEW” project

輸入新Project名稱

Step3.Build a new test


Step3-1 Add new subsite輸入subsite name

Step 3-2 Add new device

選擇4terminal-n-fet


Double Click

輸入新ITM名稱

Step 3-3 Add new ITM


Test Description :MOSFET Vds-Ids Curve

CommonSMU4Substrate

CommonSMU1Source

Voltage StepSMU3Gate

Voltage Sweep

SMU2Drain


或者在現有Project 直接 Add new ITM

輸入新ITM名稱

Step4. Select SMU Setup

Step4. Select SMU Setup

選擇Source SMU1

選擇Drain SMU2

選擇Substrate SMU4選擇Gate SMU3


Step 5-1 Click設定Drain 量測條件


Step 5-2

選擇SMU電壓

電流形式(Voltage sweep)


Step 5-3設定Vds (Voltage sweep)量測條件


Step 5-4相同步驟設定Vg端點(Voltage step)量測條件

Step6.Define “VdsId” graphStep 6. Define VdsId graph

Step6-2. click mouse right button

Step6-1. Select Graph sheet

Step6.3. Define X,Y graph

Step6.Define “VdsId” graph

Step7.Execute “VdsId” testStep7. Execute VdsId test

Execute VdsId abort(Red button)

Step7-1 先按儲存鍵

Step7-2. Execute VdsId test(Green button)

Step7.Execute “VdsId” test

Step7-3. VdsId curve real time plot

選擇Graph sheet 看量測圖形

Step8.Save Graph

Step8-1. click mouse right button

Step8-2. 儲存Curve Select Save as

Step9.Export the test data

Step9. Save as Excel file選擇 Sheet 看量測Data

儲存量測資料及圖形

儲存量測結果儲存量測結果儲存量測結果儲存量測結果

儲存方式

(1) 磁片存取

(2) 硬碟存取

(3) CD-RW

(4) 網路存取

(5) 隨身碟

檔案格式

(1) Workbook(.xls)

(2) Text(.txt)

(3) CSV(.csv)

圖形格式

(1) BMP

(2) JPG

(3) TIF


(1)Save(2)Save As worksheet(3)Save As text file

選擇 Sheet 按Save as 可以將量測Data 存成Excel file

Save as Excel file



量測Data 可以存到磁片 ,硬碟或透過網路存到使用者電腦中

Test condition

SMU setting


儲存量測Data 含有使用者設定條件


使用者可以透過網路取得4200量測資料內定自動儲存Data路徑為使用Project的Tests\Data 目錄下

路徑:C\s4200\kiuser\Projects\default\tests\data

內定自動儲存的名稱以ITM測試參數名稱命名

如執行VdsId 測試內定儲存的Data名稱為VdsId#[email protected] the test name

#1 the UID number

@1 the site number

.xls the excel file


圖形儲存處理圖形儲存處理

Right-click 出現Pop-up menu

選擇 Save as 可以將量測Curve 存成圖檔

選擇Graph sheet 看量測圖形

圖形儲存處理圖形儲存處理

圖形可以存成bmp,jpg,tif檔案格式

儲存管理測試設定條件

儲存管理測試設定條件儲存管理測試設定條件

Problem:•對相同元件執行不同測試

-如MOS 測試Vt ,Gm,Vds-Id,leakage..等等

•對不同元件執行測試

-測試MOS,BJT,Res,Cap…等等不同元件參數

•依序執行不同測試

-必須測試完一個參數再重新設定下一個參數設定

Solution:

利用KEITHLEY所提供的專案總管(Project Navigator) 來儲存管理測試設定條件,解決上述問題

(1) project plan

(2) subsite plan

(3) device plan

(4) ITM

(5) UTM

專案總管專案總管專案總管專案總管(Project Navigator)

利用 ITM ,UTM來執行不同參數測試

(1)project plan對應於Wafer內一個Die(Site)

(2)subsite plan對應於每個Site內不同的Subsites

(3)device plan對應於每個Subsites內不同的測試元件

(4)ITM(interactive test module)

元件參數量測---控制4200 SMU

(5)UTM(user test module)

元件參數量測---控制外部儀器量測(C-V,PGU, Probe…)

專案總管專案總管專案總管專案總管(Project Navigator)

專案總管專案總管專案總管專案總管(Project Navigator)一個ITM或UTM 代表一個測試可在一個Project內建立多個測試

ITM V.S. UTMITM V.S. UTM

ITM (Interactive Test Module)

1.提供4200選擇內部SMU作量測

2.可以顯示每個端點的量測設定

3.Data 可以real time顯示

UTM (User Test Module)

1.提供4200控制外部儀器

2.利用KULT 寫成

3. Data 結束測試時 or real time顯示

ITM definition

量測速度

量測模式設定量測條件顯示

一個ITM代表一個參數測試如 Vds-Id, Vt , Gm

元件端點SMU選擇

公式區

結束條件

設定

量測方式

輸出參數

設定

UTM 編輯視窗編輯視窗編輯視窗編輯視窗

呼叫 user library

呼叫 test module

設定參數

Test module 使用說明

KITE 功能視窗-DefinitionKITE 功能視窗-Definition

KITE 功能視窗-SheetKITE 功能視窗-Sheet

KITE 功能視窗-GraphKITE 功能視窗-Graph

在Device plan下執行 Run 可以依序執行Device Plan下所有測試

多重視窗繪圖多重視窗繪圖多重視窗繪圖多重視窗繪圖

多重視窗繪圖多重視窗繪圖多重視窗繪圖多重視窗繪圖

多重多重多重多重 Site 測試測試測試測試

設定一個新的Project

開啟原本Project設定

將現有Project存成另一個名稱


可將測試設定存成自己的Project ,下次使用只需成電腦內開啟之前所儲存Project即可使用

.Open “dafault” project

C:\S4200\kiuser\Projects\default\default.kpr



Save project as a new project

避免其他人更改自己 project

量測Data分析功能

量測Data分析-Formulator內建Default Project分析功能

量測Data分析-Formulator

兩點算Vt

Max Gm算Vt

兩點算Sub-threshold slop

BJT 求 Vce Saturation

量測Data分析-FormulatorFormulator

公式編輯欄

公式儲存欄

欄名區

Delete鍵

Add鍵

函數區常數區


Formula function—see reference manual


Data Sheet出現 Formula 變數


Graph Definition出現 Formula 變數


Formula:GM


Calc Sheet作計算,

使用方法同Excel

量測Data分析-Calc sheet

利用Excel功能(Data!A4)將量測資料Copy至Calc Sheet

Calc Sheet 可以作簡單Excel 運算

Pop-up menu

Calc Sheet function—see reference manual P6-175

量測Data分析-Calc sheet

電阻量測分析電阻量測分析電阻量測分析電阻量測分析

利用Formulator所計算出電阻平均值


Formulator: RES=AVG(AV/AI)

利用Calc Sheet 計算出電阻平均值


利用Calc運算功能(Data!A1)將量測電流值Copy至Calc Sheet

利用Calc運算功能(Data!B1)將電壓值Copy至Calc Sheet


利用Calc運算功能(AV/AI)得到電阻值

利用Calc運算功能(AVERAGE(C2:C52)) 電阻平均值


可以將Calc 計算出來的結果畫於Graph上

APPEND SETTING

Run Append test

APPEND SETTING

Append Data

APPEND SETTING

Clear Append Data

圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理

X,Y 軸設定

放大圖形

加入註解

加入圖表標題

儲存圖形為jpg,bmp,tif

圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理

圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理圖形處理

Cursor

Data variable:Vt

Tangent fit

Graph title

Differential:GM

圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理

•Auto scaling the axes

•Manually scaling the axes

圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理圖形座標軸處理

Logarithmic scale

Cursors windowCursors window

Tools�Graph Settings

� Graph Properties

�Cursors

Cursors windowCursors window

Cursor 所對應的線

Advanced Cursor

Cursor color

Displaying Data VariablesDisplaying Data Variables

Tools�Graph Settings� Graph Properties

�Data Variables

Displaying Data VariablesDisplaying Data Variables

LINE FITTINGLINE FITTING

Tools�Graph Settings�Line Fits

• Linear : y=a+bx ,斜率由兩點變數決定

•Regression: y=a+bx 取兩個變數範圍內的回歸線

•Exponential:y=a*e^bx 兩點變數決定 a ,b值

•Log: y=a+b*logx兩點變數決定 a ,b值

•Tangent:y=a+bx ,斜率由單點變數決定


Linear Fit


Exponential Fit


Tangent Fit


利用4200控制外部儀器-CV4284 ,Switch,Semi-auto probe

如何配置如何配置如何配置如何配置UTM

(1)開啟UTM編輯視窗

(2) 呼叫所使用的user library和module(3) 鍵入所需的參數量測條件(New GUI)(4)儲存配置好的相關設定

(5)執行CV測試

(6)得到CV Data/Curve

Add a new UTM

打開打開打開打開 Ivcvswitch Project

利用內建Project來完成hp4284,KI590,Switch控制

C:\S4200\kiuser\Projects\ivcvswitch\ivcvswitch.kpr

KI CV590

KI Switch 707

HP CV4284

KI Switch707New GUI input

控制控制控制控制 4284 CV

開啟UTM編輯視窗 Add new UTM


呼叫 hp4284ulib

呼叫Cvsweep4284

呼叫所使用的user library和module

鍵入所需的參數量測條件


設定起始電壓等量測條件

儲存配置好的相關設定


得到CV Data/Curve

HP CV4284

按兩下 UTM hpcvsweep

KI CV590

按兩下 UTM cvsweep

SubSiteSubSiteLoop Loop Hot Carrier Injection TestsHot Carrier Injection Tests

Subsite loop

Subsite Data Sheet

選擇參數輸出到subsite data sheet

基礎的 Stress-Measure 流程

Pre-Stress Test

Stress

Fail?Y

N

StopN

Normal test

Fail?

Y

N

YFail/Exit?

Run StressRun subsitecycles

Subsite – Device stress 屬性Define stress levels

Define degradation targets

Compliance 與 exit 條件

Choose exit action upon reaching compliance

Exit conditions tab

輸出 data 到 subsite datasheet

Choose data to output to subsite data sheet

Output values tab

不間斷量測

• 不間斷的量測按鈕 (“Repeat”按鈕)– Contact resistance 檢查

– Failure 偵測

– 替換 Curve tracer

現有的sample tests

1. HCI (Hot Carrier Injection) - single device, no switch

2. HCI - 4 devices (2N) (2P), with switch (parallel stress, sequential measure)

3. NBTI (Negative Bias Temperature Instabilities) - single device, no switch (PMOS device)

4. TDDB (Time-Dependent-Dielectric-Breakdown) - V Ramp/J ramp (both hard breakdown and soft breakdown)

5. Electromigration - Constant I

Q&A1. 無法執行 KITE

可能原因: 4200或週邊外接儀器變更

解決方法: 請先執行KCON中的Validate Configuration, 確認出現問題的儀器, 將其移除或是更改為正確的設定

2. 某個SMU漏電過大

解決方法: (A) 先移除所有接線, 再確認一次漏電狀況

(B) 若是漏電依然存在, 請使用KITE中的Tools下的 Auto Calibration 來調整 (注意:必須在OPEN的時候使用)

電容量測 4200-CVU•頻率範圍 (10kHz-10MHz) ***one ac voltage measure range: 100 mVrms***three ac current ranges: 1.5 µA, 50 µA, and

1.5 mA•DC voltage bias (+/- 30V).

CA-447ASMA Cable

SMA Cable

SMA Cable

SMA Cable

SMA to BNCAdaptor

CS-1247

SMA to BNCAdaptor

SMA to BNCAdaptor

SMA to BNCAdaptor

BNCTee

CS-701A

BNCTee

AcSource

4200-CVU

HCUR

HPOT

LCUR

LPOT

AcAmmet

er

ACVolt-meter

DUT

IDUT

硬體規格:

接線方式:

New !

簡單設定4200完成一個CV量測

New !

MOSFET-CV Sweep量測量測量測量測

Step1. Build a new test (ITM)Step2. Select CMU setupStep3. Modify “CV” test definition

New !

CVU 設定 Step 1,2

•選擇 CVH1 和 CVL1

•Force/Function Window supports Voltage Bias, Voltage Sweep, Voltage List Sweep, and Frequency Sweep

New !

CVU 設定 Step 3

選擇測試方式ie:VoltageSweep

填入測試參數值

選擇瀕率與ac 訊號強度

New !

4200 Pulse IV 簡介

Pulse 產生器: 4200-PG2

• 雙通道電壓Pulse輸出

• 2 檔位

– High speed

• 1Hz to 50MHz, +/- 5V (into 50 Ohm), 100mA• 最小 Pulse Width (PW FWHM): 20 ns

– High voltage

• 1Hz to 2Mhz, +/- 20V (into 50 Ohm), 800mA• 最小 Pulse Width (PW FWHM): 500 ns

• 可調整 frequency, rise/fall time, duty cycle, voltage level• 可調整的 rise and fall times in 10 nSec steps• Trigger output 來觸發量測

• 16 bit 解析度的電壓輸出

• PCI 架構, 使用4200 一個插槽

新的Pulse 產生器: 4205-PG2

• 雙通道電壓Pulse輸出

• 2 檔位

– High speed

• 1Hz to 50MHz, +/- 5V (into 50 Ohm), 100mA• 最小 Pulse Width (PW FWHM): 20 ns

– High voltage

• 1Hz to 2Mhz, +/- 20V (into 50 Ohm), 400mA• 最小 Pulse Width (PW FWHM): 500 ns

• 可調整 frequency, rise/fall time, duty cycle, voltage level• 可調整的 rise and fall times in 10 nSec steps• Trigger in and output 來觸發量測

• Arbitrary waveform up to 50MHz• In-line high endurance output relay (HEOR)• 16 bit 解析度的電壓輸出

• PCI 架構, 使用4200 一個插槽

新的Pulse 產生器: 4205-PG2

Segment Arb waveform example

Full Arb waveform example

4200-PIV Package介紹

Dual channelpulse generator

Dual channeldigital scope forpulse measure

Remote Bias Tees

Pulsed IV Software

4200-SCS w/KITE 6.0

All necessary cables and adapters

硬體架構--早期

PIV Package

TRG

SMU1 Force

SMU1 Sense

SMU2 Force

DUT

硬體架構—現在

SMU1 Force

SMU1 Sense

SMU2 ForcePulse

Digitizer inputs

DUT

新的PIV-Q & FLASH

單獨使用 PG2 的介面

4200-SCP2 雙通道示波器卡

• 2 通道

• 取樣率: 1.25 GS/s per channel (2.5 GS/s single channel)

• 頻寬: 750 MHz• 解析度: 8 bits• BNC 輸入接口

• Trigger In/out (SMB connectors)• 50 Ω or 1 MΩ termination• 選配 probe kit (4200-SCP2-ACC)

新的4200-SCP2HR 雙通道示波器卡

• 2 通道

• 取樣率: 200 MS/s per channel (400 MS/s single channel)

• 頻寬: 250 MHz• 解析度: 16 bits• BNC 輸入接口

• Trigger In/out (SMB connectors)• 50 Ω or 1 MΩ termination• 選配 probe kit (4200-SCP2-ACC)

Scope 卡操作範圍

單獨使用 SCP2 的介面

整合DC 與 AC (Pulse) 的測試

• 整合 pulse and DC 讓您的測試更全面.

• 簡單容易的操作介面,讓您加快參數的萃取與分析的速度

• 彈性與可擴充的架構, 讓您的投資可以延續

Keithley’s Model 4200-SCS with Pulse I-V Package

參考資料

• C:/s4200/sys/help/pdfs

• http://www.keithley.com

• Pulsed Characterization of Charge-Trapping Behavior in High κ Gate Dielectrics

• Introducing Pulsing into Reliability Tests

• for Advanced CMOS Technologies

課程結束感謝您的參與

4200 kte7.0 training v1.0

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