WAT工艺参数测试(共18页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计论文WAT工艺参数测试 系 电子信息工程系 专业 微电子技术 姓名 钦 班级 微电 学号 指导教师 席 职称 讲师 设计时间 201.9.19.1.4 专心-专注-专业摘要: 。要晶圆的工艺参数测试方法。主要介绍以下几个方面的内容 ：参数测试在现在集成电路产业中的重要性；晶圆可靠性参数测试的相关知识的介绍；测试参数的介绍；以及测试所需的软件和硬件的介绍；系统的并详细的说明了在测试过程中会遇到哪些问题，以及在测试过程中操作者经常会犯得错误。错误的种类等，以及相关工程师如：工艺工程师；（负责相关产品的测试程序编写）设备工程师(负责测试机台的检测与维修）相关问题本文将做进一步解释。 关键词：可靠性； 监测系统；晶圆测试； 目录 第一章 引言1.1课题背景 中国是世界上增长最快的半导体市场，目前中国市场占全球市场约15%。据市场调研机构预测，中国在2008年前将成为全球最大的半导体市场，市场份额约占全球市场。我国集成电路在20世纪90年代以前大部分为垂直生产的“准IBM”模式。那是集成电路刚刚萌芽，国内也没有真正意义是的代工企业，只是有能力的企业进行集成电路，为小部分企业产能为国内设计服务。进入21世纪，以中芯国际，上海宏利等公司的建设为代表，国内才有了真正意义上的代工企业。这种国际化的产业模式在国内的创新迅速缩小了我国与世界集成电路水平的差异，不仅生产规模与生产能力的迅速扩大，生产技术也在几年里达到65纳米90纳米，与国际先进水平只差1-2技术点。 1.2课题意义 晶圆可靠性参数测试（简称WAT测试）大多以完成制成、待出货的芯片为测试对象。如果wafer在WAT站点由于测试问题造成报废对工厂是很大损失，所以减少由于测试问题影响的wafer片数可以大大降低由此所产生的成本消耗。也降低工厂的成本，提高获利。在中芯国际上海厂原来的三个厂由于之前是分别发展，系统有所区别，不同的系统会浪费公司的很多资源需要更多的工程师进维护。对系统进行统一，可降低工程师的维护成本，提高系统的可靠性，降低新人训练所需时间。 第二章 测试介绍2.1 的作用 WAT在代工厂中处于比较特殊地位，位于所有加工工艺之后出货品质检测之前，所有wafer必须经过WAT的测试，并且测试结果必须面满足客户给出的规格要求WAT在集成电路芯片测试过程中显得尤为重要. WAT测试出来的窗口数据，除了作为出货的判断依据外，还有很多方面的用途，包括检测工艺窗口，对工艺进行除错，对可靠性刻画，对电路设计进行器件建模，开发下一代产品。WAT数据使用者包括：工艺整合工程，工艺工程，产品工程，器件工程师。2.2 测试参数介绍 一般来说WAT参数测试分为两大类，一类和器件相关的，包括MOS开启电压饱和电流，关闭电流，击穿电压等。另一类和工艺相关的，包括结膜层接触电阻栅氧华层电性厚度隔离等。 开启电压为MOS从关闭状态到开启状态时，栅极上的电压，开启电压分线性区开启电压和饱和区开启电压，线性开启电压测试条件为源和衬底接地，漏极接小电压通常为0.1伏。NMOS为正，PMOS为负，栅极从0伏扫到工作电压，在漏极电流达到一个给定值的时候栅极的电压就是开启电压，饱和区线性开其电压和线性区开启电压测试条件类似，区别在于漏极电压为开启电压，开启电压如果则再有微小的情况容易打开，造成错误。图1为MOS击穿电压图。图 1 MOS击穿电压图 （1）饱和电压：以硅二极管为例，它的饱和电压就大概在0.7V左右，当二极管两端加上顺向电压时(可以用电源供应器串接一个电阻)，就会产生电流，在二极管的两端就会有电压差，当这个电流由小变大时，电压差也会逐渐变大，但大到接近饱和电压以后，电压差就不再明显的随电流上升而上升，这时，这个电压差就是二极管的饱和电压。 （2）击穿电压：使电介质击穿的电压。电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体,称为电介质击穿,所对应的电压称为击穿电压。电介质击穿时的电场强度叫击穿场强。不同电介质在相同温度下,其击穿场强不同。当电容器介质和两极板的距离d一定后,由U1-U2=Ed知,击穿场强决定了击穿电压。击穿场强通常又称为电介质的介电强度。提高电容器的耐压能力起关键作用的是电介质的介电强度。附表为各种电介质的相对介电常量r和介电强度。 （3）接触电阻 ：对导体件呈现的电阻成为接触电阻。 一般要求接触电阻在10-20 mohm以下。 有的开关则要求在100-500uohm以下。有些电路对接触电阻的变化很敏感。 应该指出， 开关的接触电阻是在开关在若干次的接触中的所允许的接触电阻的最大值。第三章 测试系统介绍3.1 硬件系统介绍 WAT由测试机（tester） 探针机 （rober），探针卡（e）组成，如图2 、3所示。测试机主要施加直流信号，控制探针机托盘的移动，提供操作界面，探针机的功能主要将晶圆载入和载出对晶圆进行精确定位，和测试通信。探针卡主要功能是连接测试机和探针机托盘上的晶圆。 图2测试机台4070图3 CP测试机台 测试机主要为WAT测试机台（4070） 它的内部主要具有各种电压源和电流源。主要功能为为芯片提供直流源信号，和精密测量单元。测量输出参数，再与工艺预设好的参数做比较。测试结果为合格和不合格两种，用图形文件记录将不合格的芯片打点作标记，经工艺查看分析过后，再进行复测方可流入下一站。 CP测试机Correctness Proofs正确性证明。它是软件工程中软件测试的一种方法，该方法采用一种数学技术，也就是一种数学证明过程（即数字认证） 针卡用于不同产品的测试测试需求需要不同的针卡， 这里常用的针卡主要有测试DMOS所用的2根针，测试GOI所用的8根针以及测试正常片子所用的16根针和18根针；测试时每天都要清针卡，目的是为了保证产品的良率。产品良率越高产品的质量也就越好。3.2 测试操作流程3. 2.1 针卡放置 测试产品时首先要看产品片子类型，即决定用哪类针卡 测试该批片子针卡的真确与否关系片子的测试结果的好坏。测试之前先将测试机台的探头抬起待抬起后将针卡放入探针机的槽中，拿针卡时注意双手千万不要碰到针卡的针尖以免将针头碰弯或划伤，针卡放入槽中要将针卡上的箭头朝自己的方向放置(正确的放置方法）。 3.2.2 产品片的放置 测试产品片之前首先要将该产品做账到WAT并通过主机台查看该批产品相关信息;产品的的批号，产品的工艺（这里主要工艺有0.18um，0.35um，0.5um等）片数及片号，核实片号是否正确，是否有片号没有放入相应的槽位顺序是否颠倒，片号是否与槽号一致。放片时先将测试机台的盖子打开用两只手钳住casstte将其缓慢的放入盖内并按下绿色按钮将其固定，再将盖子盖上。 3.2.3 测试窗口的打开 测试窗口主要反映测试产品的各项性能指标。如测试电压，测试电流，方块电阻等近二十项参数。若测试窗口不小心被关掉了，可以从新将其打。 主要操作如下；先输入rmb再按回车， 过后在输入大写START后回车counitue方可打开测试菜单窗口。 3.2.4 P8测试程序的介绍 规范P-8探针台（Prober）新品编程操作流程，统一PCM测试人员操作流程，保证产品在探针台上的正常测试。测试范围仅适用于在P-8探针台上测试的所有工艺圆片。 PCM编程人员: 指PID测试工程师、技术员 PCM测试人员：PCM课作业员以及PCM编程人员。 Chuck：指探针台盘； Stage：位于P-8探针台的右侧，是控制整个探针台操作的微处理系统Cassette: 位于P-8探针台显示屏的下方，用来放待测试/编程WAFER的片盒的架。： P-8新品WAFER FILE程序以及完成相关产品测试需求。PCM区域编程人员负责所编制的WAFER文件准确无误；编制WAFER文件的过程中如果遇到异常情况，需及时通知相关工艺工程师；新品文件编制完成后，PCM编程人员必须测试一片圆片验证程序的正确性；编程完成后必须由确认人员确认程序的正确性。PCM课作业员按操作流程完成P-8上产品的测试。 3.2.5 主要操作流程 当p8选完之后按操作界面上的开始按钮即开始测试此时操作者开始将测试相关的信息输入测试窗口主要信息有测试项，测试名，片子的的批号，以及工艺。当输入片号时一定要检查片号输入是否正确若输入有误将会带来不可预见的的损失。轻则产品结构异常重则整批全部报废。则将给公司以及个人带来巨大损失。所以输入片号时一定要细心认真。测试操作如表1）所示。表1 P8操作流程3.3 P-8 WAFER 文件编程操作步骤 编程P-8 WAFER 文件时，首先找到与所编产品对应的坐标文件，并在显微镜下确定平边朝向，在显微镜下观察PCM测试图形，测试模块应与人成垂直角度，测试模块名在测试图形的下方；此时圆片平边的方向即为编程时圆片平边的方向。确保P-8处于正常状态时，点击Main Menu上的Setup按钮，出现操作界面。在操作界面上，要进行圆片尺寸、圆片厚度等参数和探针卡的设置。（1）圆片尺寸设置6寸片点击数字6；8寸片点击数字8；Flat Orientation：圆向设置，平边朝上选择0°；平边朝右选择90°；平边朝下选择180°；平边朝左选择270°；Die Size X和Die Size Y：输入产品BLOCK的横坐标X与纵坐标Y的尺寸大小 （当平边朝上或朝下时，X，Y尺寸与坐标文件上的值相同；当平边朝左或朝右时，X，Y尺寸与坐标文件上的值相反）（2）圆片厚度设置输入圆片厚度（不需要很精确，普通圆片输入700左右即可）AlignmentAxis：选择BLOCK尺寸中值较小的X或Y坐标Edge Collection：圆片边缘不完整BLOCK是否设定。（70%即可）Preset Address X和PresetAddress Y：输入参考点的坐标，直接使用默认值。Overdriver：针压的深度（为了避免误操作，此时输入-20um）点击右下方的“Wafer Parameters”,界面出现下级项目选择菜单，需要确认修改以择FLAT；8寸片选择NOTCH；然后选择OKProbe Area Select（Page2）: 选择NO；然后选择OK Reference Die Setting（Page2）：选择Yes；然后选择OKBump Alignment（Page3）：选择No；然后选择OK完成上述以上“Wafer Parameters”设置后按提示点击两次OK，界面直接转入“Sepup Prober” 子菜单界面。（3）探针卡的设置探针卡的设置主要包括：设置探针卡参数设置、针尖定位和检查卡的对位信息三个步骤。 探针卡参数设置是在操作界面内逐项输入探针卡各项参数（Probe Type：WPC；其他各项使用系统默认值）针尖定位：点击右下方的“Teach Card”按钮，台盘显微镜将自动移至探针卡中心区，同时STATE出现如下的控制菜单界面，并显示出针尖的模糊图像（显微镜为低倍状态Macro）。3.4 显微镜的使用 可以使用控制界面上的“Change Fields”来调节显微镜是低倍还是高倍的；使用“Change Lighting”来调节图形的明暗场；使用Light Up和Light Down来调节可视区的光亮度，使用Automatic Light Adjustment来自动调节视区的光亮度；INDEX：步长（STEP）按Block的X，Y值移动；JOG：步长（STEP）按最小值（1um）移动；SCAN：步长（STEP）按中间值（如100um）移动；Cont Mode可设定步长是否为连续的方式移动。 使用Z Pos下方的“”箭头调节图象的焦距，到能看到针尖的大致图象时按控制面板上的“Auto Focus”按钮，直至图像窗口出现清晰的针尖图像。 使用各方向箭头将十字对位标记移到第一个定位针尖的中心后按OK，接着继续按界面提示设置第2，3，4个定位针尖位置（最多可设置4个）。之后台盘显微镜自动转为高倍状态，视窗上陆续出现刚才定位的4个针尖高倍图像，将十字对位标记依次对到这些高倍定位针尖中心点按OK。 （1）输入方式指定直接点击Manual Teaching，台盘上的WAFER传至PROBER中心。圆片边缘定位：Stage控制菜单的图形窗依次显示出WAFER边缘左上角、右上角以及右下角3个位置，确保十字对位标志停在与圆片边缘的交角位置后，分别按OK。3个边缘定位点都确认后，十字对位标志停在圆片的中心位置。 低倍图形输入：将十字对位标志移至中心区域上、下、左、右四个DIE十字划片槽的中心位置，按OK，图形窗依次显示出X轴的相同十字划片槽位置的3个图形，分别按OK；（2）高倍图形输入将十字对位标记移至十字划片槽的左上角，按1st Point Desig.；再将十字对位标记移至十字划片槽的右下角，按2nd Point Desig.后，十字对位标记自动停在了圆片原点。找目标：将十字对位标记移至待测试模块附近，使用控制箭头找到一个黑白分明的图形（最好离我们要设的测试模块尽可能近些）按OK，图形窗依次找出X轴和Y轴上共5处相似图形，分别按OK。第5个精对位图形找到后，界面提示：Designate 2nd micro pattern? 选择NO；（3）PAD定位首先，使用控制箭头将十字对位标志移到测试的（0，0）模块（如NXSTRW）的第一个PAD位置，确保十字对位标志的外框大小与PAD大小一致（可以用右侧的X和Y“Increase” “Decrease”按钮来修正外框的大小）；第一个参考PAD位置对好后，接着会陆续出现其他几个PAD参考点（与刚才定位的针尖相对应的PAD），移动十字框确保十字中心点在PAD中心位置。在4个参考PAD位置定义后，界面显示PAD检查选项选择Dont input。圆片对位信息核对：完成PAD定位后，在设置界面中选择Align Wafer，出现具体的Align Wafer参数后直接按OK即可。（4）接触参数设置检查上述界面的参数设置（通常使用默认值）；检查接触位置：点击右侧的“Check Contact”按钮，进入移动箭头选择接触测试DIE的位置，按一下“Z SW”（扎针），再按一下“Z SW”（扎针）将针抬起（可检查屏幕下方Z at stop的状态：Down：扎针；Separate抬起以确保正确操作），按“Check Registered Pad”，待控制屏出现下级提示菜单时，点击下方的“Check Registered Pads”，图形窗立即出现指定的首个PAD针迹，按界面的“Next Pad”可依次检查其他指定的PAD针迹，可重复该步骤直到调准Overdriver的深度（参考值：2550um）。检查完所有针迹，确认无误后按OK回到设置菜单界面。 完成设置后，在设置菜单界面继续按OK，出现提示：Do you want to end set up? 按Yes后出现Reference Die设置的菜单，点击右侧的“Wafer Map”，出现如下图9-12的子级菜单界面；移动光标将Ref Die移动与AG4070测试仪对位第一点（0，0点）相同的Die后，按界面右上方的“Reference Die Input”按钮，Reference Die中间出现红色的X后，点击下方的OK，出现提示：“Reference Die is resisted”, 按OK完成Reference Die的设置，回到设置菜单界面再按一次OK。上述设置都完成后，界面出现提示：Do you want to end input? 按Yes后出现设置结束界面，点击“End AfterWafer Unload”按钮。至此完成了在P-8上新品WAFER文件的编程过程，P-8将自动保存刚才设置的WAFER FILE所有参数。3.5 P-8上产品测试操作 将待测试的圆片放入P-8 的Cassette中，按“Set”键后关闭Cassette门；按常规操作流程在AG4070测试仪上依次输入待测试产品的工艺、产品名、批号、测试者、圆片号等信息，直至出现测试的WAFER SHOT图，输入CONT 接着出现的下级菜单的操作界面，直接调用左边适用的已编程WAFER FILE；然后选择的“Start”按钮；P-8开始自动完成上片，对针尖，找目标等动作；完成上述工作后，Stage控制屏出现提示：M5200 stopped at first Chip/Die? 按OK后接着出现Testing Stopped界面，直接点击右下方的Start Testing，于是探针台继续按WAFER文件运行（图形窗显示出WAFER SHOT图），最后停在Reference Die的位置上；回到AG4070测试仪，在CONT之后输入回车，P-8探针台在接受测试仪的指令后开始自动测试。该批所有圆片都自动测完后，P-8 STAGE控制屏出现提示：M5010 Lot Testing Completed？ 按OK后，等待测试下一批圆片。回到AG4070测试仪，按常规操作完成打印数据报告，检查参数等步骤。第四章 测试问题改善方案4.1 常见的测试问题 因测试相关信息没有确定下来即没有搞明白能清楚就去测试造成产品批号混跷，片号不对，工艺有误，测试菜单选错，针卡用错 ，测试机台的限制，生成产品报告时产品类型选错，再有将产品的盒子拿错等。一系列人为造成的的原因都会给公司带来不必要的经济损失。也给人的发展带来一定的负面影响。工艺方面常见的测试问题主要有测试参数与测试所期望的的，所预期的相差甚远主要原因有测试菜单p8选有，测试编程有误针卡不适用等。设备方面的问题主要有4070机台硬件老化。无法面满足新产品的测试需求，再者机台的清洁与否也会产品的性能指标。 解决方法：测试人员测片子时一定要双人检查，以确保万无一失。工艺人员测试编程及时更新。设备人员经常对机台进行保养维护和检查确保机台能够正常使用。 4.2 测试输入监测系统 在WAT测试中有很多因素造成测试结果的偏差，这些因素有可能造成比较严重的后果。比如程序里坐标由于手输入错误，造成测试时下针的位置不是切割导上的，而是扎到了要作为产品片的区域，客户就不会收这样的片子，只能有代工厂自己报废，但此时晶圆已完成了数百道工艺系统在测试中会出现各种各样随机的错误，如电路板接触不良，电路内部元件临时失效，工厂供电发生跳点。在晶圆地时候发生内部对位偏差，由于测试开始后都是机器自动处理，所以随机出现的错误如果不及时处理，停止测试，后面模拟的测试等于白白浪费时间如果测试是很重的，再如果是新客户的第一批货，一二延误了新客户的项目进度，会给工厂造成严重的损失。另一种严重的情况会造成多个晶圆报废，测的越多报废的越多。此时及时发现异常停止测试就显得尤为太重要。解决问题得最好办法测试系统可以实时知道软硬件状态从发生问题扥那一刻就停止测试。然而这样做会有很大的困难，不论是测试机还是探针卡的设计中都没有实时监控系统，也没有实时搜集状态系统。对象在入晶圆是发生的对准出现偏差这种错误，只有认为判断是错误机器根本不会有错误。测试机和探针机属于不同的厂商，彼此的系统完全不同，除了用连接通讯外对彼此的部不结果完全不清楚，因此必须从其他的地方找解决的方法。4.3测试输入检查系统 目前遇到的情况有特定的产品不能在特定的机器上进行测试，产品的测试和探针机的程序，探针卡的类型必须匹配。忒定的探针暂时不能使用，特定的程序测试的结果对测试所存的数据名称也有限制，特定的产品在特定机器上测试时所用的Overdrive也有要求。如果单独编写程序，对这些情况进行一一限定，会使测试系统变得特别复杂，而且有些限定是临时的，需要过段时间去掉限制。如果分成很多系统开发，会造成配置的位置不统一。在管理上会有很大的困难。而且如果组成限制的变量为，则实际上可能的情况会有的阶乘种组合限制，会是一个非常大的数字。因此实际需求是有一个统一的系统和单一的配置文件来实现这些限制。由统一的系统提供一个框架，将实际的规则按照框架提供的规则写入配置文件。总结 WAT发生测试问题所影响的wafer从原来发生问题开始到整批lot结束减少到1片，可在距离测试最近时刻发现出来被检测到。 对于制成非常稳定的fab来说RTMonitor拦住测试情况的问题不多在线上出现异常时会有很严重的fail。此时它拦住的问题往往是wafer本身的问题这样会给制造部增加负担，因此会增加可配置的跳过lot功能。 WAT测试输入检查系统可以让工程师以任意组合限定条件防止口头或书面通知下制造部人为疏忽造成测试问题同时便于集中管理测试限制。采用输入检查系统会大大降低产片由于个人疏忽而导致的问题，从而使公司可以达到最大化。致谢这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，首先感谢我的论文指导老师席筱颖，她在百忙之中为我拟定论文题目，我找不到资料时是她告诉我怎样去寻找，还有应该怎样去写好一篇完整的论文等等。另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。 最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。 对上述朋友，再一次真诚地表示感谢！ 参考文献1 美施敏Sze）主编刘晓彦等译现代半导体器件物理科学出版社2 孙以材，陈修治，半导体测试技术，北京：冶金工业出版社，1984.3 曾树荣，半导体器件物理。北京：北京大学出版社.