技术文章—如何降低晶圆测试成本

2020-09-28来源: 半导体测试关键字:晶圆测试

晶圆/芯片工艺过程从空白的硅晶圆开始到最终制成电子功能芯片终结,整个过程需要依次执行数百个专业的工艺步骤(称为工艺流程)。但是,考虑到R&D环境的性质以及各个工艺步骤的复杂性,如果在某个工艺流程中出现问题,可能导致功能器件的良率大幅下降。


 在工艺流程的早期对晶圆上的单个芯片/器件进行电子测试,有助于了解片上设备的性能和执行早期的半导体工艺监管。目前已有具备在线测试功能的大型设备,但是对于之前的fab工厂来说,若没有在其中嵌入在线(in-line)电气测试系统,就无法获得工艺流程中关键点的反馈。因此不得不从fab厂中取出晶圆,然后使用现有的参数测试仪对其进行测试,这就会导致整个流程中断。而且,由于污染问题,从fab厂取出来的晶圆无法返回进行进一步加工,就会损失大量的晶圆,制造周期大大增长,项目交付时间也大大延迟了。


工厂研发的测试芯片系统由数千个具有各种尺寸和架构的晶体管、电阻器和电容器组成。其中可能包含小型演示电路,我们需要测试所有这些器件,以正确分析特定的半导体制造工艺。      


如果有一套工厂内部半导体自动测试设备(ATE),能够24/7全天候执行测试操作,就可以大大减少研发项目的交付时间并降低总体成本。因此我们需要一种多功能的测试系统,可以快速、准确地执行测试,以支持我们的各种行业联盟计划。并要求该系统需要能够满足所有的参数和功能IC测试需求,而且可以轻松扩展来满足未来半导体制造工业技术的测试需求。 


01 第一阶段测试


为了减少晶圆检测的成本就需要更高效的替代解决方案。但是市场上的测试系统不是专注于参数测试,就是专注于功能测试,无法兼顾。而且,传统的参数测试仪利用开关矩阵来共享SMU,数字万用表(DMM)和LCR测试仪等资源,这会降低信号的完整性并使操作顺序化,无法并行执行。此外这些仪器通常需要花费很长时间来进行编程序,而且采用固定密封装,缺乏灵活的性,价格也很昂贵。


自发展至今,PXI被各行各业广泛采用,可有效的帮助企业降低成本、提高绩效,同时具有强大的经济实力,可以更轻松地帮助各个企业度过不同的产业波动期。最终选择了一种高精度的每通道SMU仪器;除了PXI仪器外,还配备了自动晶圆加工系统的探针台,该系统可以在无人值守的情况下运行;开发了一个定制的探针卡,并将所有晶圆探测组件连接到一个容纳PXI仪器的19英寸机架中。


测试系统包括PXI SMU与DMM、LCR仪表和第三方低泄漏开关矩阵,他们在测试点之间共享资源。接着利用软件,在使用PXI模块化仪器的ATE上开发并部署了一个参数测试例程库,并对其进行了基准测试,最终对过程监控结构进行了测量。实现了全自动、无人值守的晶圆测试,并顺利地将电气数据覆盖为其他在线(光学)计量数据,进行深入地进行过程分析。


通过fab工厂内部ATE,我们可以执行以前的不可能完成的实验或晶圆成本很高的实验。作为一个独立的研究机构,这些新的实验为研发的半导体工艺技术提供了非常有价值的信息。


02 第二阶段测试


 将ATE系统的硬件配置为两台菊花链式PXI机箱,25个PXIeSMU(其中24个连接到与晶圆前端接触的探针,一个连接到吸盘触点),以及一个功能强大的机架式控制器。探针台和晶圆上料设备通过GPIB-USB接口进行控制,软件包依然作为软件架构的核心。      


这种每针SMU方法的性能非常惊人,大大减少了测试时间,这对于大型的传统台式SMU来说是不可能的。由于这一方法可实现高度并行测量,不需要按顺序进行测量,节省了中间的切换步骤,因此总测试时间减少到仅为测试一个测试点的时间。


假设一个探针垫模块具有24个焊盘和12个二极管;每个二极管连接到两个焊盘。对于fA级的二极管泄漏测量,我们需要较长的测试积分(孔径)时间来抑制测量噪声。这一个积分时间可能会超过32个电源周期(PLC),相当于640 ms(32 PLC x 20 ms/PLC)。在采用开关矩阵的传统顺序测试中,开关和建立时间大约为10 ms,这也是一个重要的影响因素。关于这一点,在第1阶段的系统中,每一个探针垫模块块的开关和建立时间大约为7.92 s。而对于高度并行的配置,测试时间有效地减少到一个二极管的测量时间(640毫秒),快了12倍。   


03 总结


根据多个应用程序的测试时间数据,并综合考虑了探针的步进时间之后,可以发现测试速度提高了 3.35倍,过去的测试时间为每晶圆67分钟,而现在采用并行测试后,每晶圆的测试时间减少为20分钟。


因此可以肯定地说,从第一阶段到第二阶段,测试吞吐量增加了三倍!在工艺制造周期日益缩短的情况下,吞吐量的增加将有助于于我们更加快速地交付研发成果 。此外,还可以在工艺流程的早期提取大量数据,进行晶圆级可靠性研究。


总而言之,基于PXI的模块化测试仪器可以有效降低检测成本、提高检测速率。


关键字:晶圆测试 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic511814.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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