第2单元-集成电路晶圆测试基础市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

第二单元

集成电路晶圆测试基础第1页第二单元集成电路晶圆测试基础硅片晶圆晶圆测试项目晶圆测试设备晶圆测试操作第2页硅片制备集成电路芯片晶圆片，其衬底材料主要为硅片，其纯度为99.9999999%，简称“九个9”

。硅片制备与检测硅材料单晶硅直拉单晶

Czochralski:CZ直径大、成本低集成电路主要材料区熔单晶

FloatZone:FZ纯度高、含氧量低、直径小高压功率器件多晶硅非晶硅第3页硅片硅片几何尺寸圆形薄片，边缘有定位边或定位槽。第4页硅片直径（mm）厚度（μm）面积（cm2）质量（g）100(4ʺ)525±2578.549.65125(5ʺ)625±25122.7217.95150(6ʺ)675±20176.7128.00200(8ʺ)725±20314.1653.08300(12ʺ)775±20706.86127.64450(18ʺ)?第5页硅片加工工艺流程硅单晶棒整形处理定位于切片倒角与磨片腐蚀与抛光清洗与质量检验包装入库第6页硅片基本检测项目掺杂类型掺杂浓度（个/cm3）<10141014~10161016~1019>1019P型πP-PP+N型νN-NN+第7页硅片商用硅片举例一第8页硅片第9页硅片第10页硅片商用硅片举例二第11页硅片第12页硅片第13页硅片基本检测方法检测项目主要方法缺点化学/电化学腐蚀导电类型（N/P）热电、光电、整流、霍尔等效应电阻率两探针法、四探针法、C-V法、涡电流法和扩散电阻法刃型位错螺型位错第14页硅片半导体材料与特征第15页第二单元集成电路晶圆测试基础硅片晶圆晶圆测试项目晶圆测试设备晶圆测试操作第16页2.晶圆晶圆基础“硅片”：未加工原始硅圆片；“晶圆”：经过芯片制造工艺，在圆硅片上已形成芯片（晶片）阵列硅圆片。第17页2.晶圆芯片第18页2.晶圆辅助测试结构为了提取集成电路各种参数而专门设计，包含芯片制造过程工艺监控参数、过程质量控制参数、电路设计模型参数和可靠性模型参数提取。第19页第二单元集成电路晶圆测试基础硅片晶圆晶圆测试项目晶圆测试设备晶圆测试操作第20页3.晶圆测试项目晶圆测试是在探针台上进行。按测试方法和过程分类，能够分为加电压测电流（VFIM）、加电流测电压（IFVM）、加电压测电压（VFVM）和加电流测电流（IFIM）。第21页3.晶圆测试项目性能参数测试项目直流（DC）参数器件/电路端口稳态电气特征测试。比如：输入特征II=f(VI)输出特征IO=f(VO)转移特征VO=f(VI)直流参数测试包含开路测试、短路测试、输入电流测试、漏电流测试、电源电流测试、阈值电压测试等。第22页3.晶圆测试项目直流参数测试实例（IV曲线）第23页3.晶圆测试项目直流参数测试实例（WAT：WaferAcceptanceTest）第24页3.晶圆测试项目功效功效测试在集成电路测试中最主要，包含数字逻辑运算，数字和模拟信号处理、控制、存放、发射、接收、放大、变换、驱动、显示等。极限（裕量）参数极限参数与集成电路工作环境改变亲密相关，包含电源电压拉偏情况下电参数、许可极限环境温度下电参数、最坏情况下静态功耗和动态功耗等。交流（AC）参数包含上升时间和下降时间、传输过程延迟时间、建立和保持时间、刷新和暂停时间、访问时间和功效速度时间，易受寄生参数影响。第25页3.晶圆测试项目微电子测试结构图微电子测试图与电路管芯经历相同工艺过程，经过对这些图形进行简单电学测量（普通为直流测量）或直接用显微镜观察，就能够提取到相关生产工艺参数和单元器件或电路电参数，成为搜集微电子器件生产工艺参数信息主要伎俩。为打通生产线，调试和稳定工艺与设备，进行工艺认证，也能够把微电子测试结构图组单独做成一套专用光掩模版，然后按预先设计要求进行流片，得到规则充满微电子测试结构图组工艺认证晶圆片。第26页3.晶圆测试项目第27页3.晶圆测试项目

第28页3.晶圆测试项目

第29页3.晶圆测试项目

第30页3.晶圆测试项目

第31页3.晶圆测试项目范德堡测试图形

正十字范德堡结构是应用最广泛测试结构。第32页3.晶圆测试项目惯用方块电阻测试结构以经典双极工艺为例第33页3.晶圆测试项目延层和外延沟道层方块电阻测试结构第34页3.晶圆测试项目埋层和隔离掺杂方块电阻测试结构第35页3.晶圆测试项目发射区和金属层方块电阻测试结构第36页3.晶圆测试项目测试结构版图实例第37页3.晶圆测试项目测试结果绘图（Wafermapping）方块电阻等值线图电阻条宽度第38页第二单元集成电路晶圆测试基础硅片晶圆晶圆测试项目晶圆测试设备晶圆测试操作第39页4.晶圆测试设备信号控制仪器+机械设备第40页4.晶圆测试设备手动探针台第41页4.晶圆测试设备第42页4.晶圆测试设备第43页4.晶圆测试设备自动探针台第44页4.晶圆测试设备探针卡第45页4.晶圆测试设备信号控制仪器Keithley4200A-SCS参数分析仪B1500A半导体器件参数分析仪…第46页4.晶圆测试设备器件类型应用测试CMOS晶体管Id-Vg、Id-Vd、Vth、击穿、电容、QSCV等双极晶体管Ic-Vc、二极管、Gummel曲线图、击穿、三极管、电容等分立器件Id-Vg、Id-Vd、Ic-Vc、二极管等存放器Vth、电容、耐久测试等功率器件脉冲Id-Vg、脉冲Id-Vd、击穿等纳米器