第2单元集成电路晶圆测试基础.pptx

1、第二单元 集成电路晶圆测试基础,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,硅片,制备集成电路芯片的晶圆片，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,硅片,硅片几何尺寸 圆形薄片，边缘有定位边或定位槽。,硅片,硅片,加工工艺流程,硅片,基本检测项目,硅片,商用硅片举例一,硅片,硅片,硅片,商用硅片举例二,硅片,硅片,硅片,基本检测方法,刃型位错,螺型位错,硅片,半导体材料与特性,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,2. 晶圆,晶圆基础 “硅片”：未加工的原

2、始硅圆片； “晶圆”：通过芯片制造工艺，在圆硅片上已形成芯片（晶片）阵列的硅圆片。,2. 晶圆,芯片,2. 晶圆,辅助测试结构 为了提取集成电路的各种参数而专门设计，包括芯片制造过程的工艺监控参数、过程质量控制参数、电路设计模型参数和可靠性模型参数的提取。,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,3. 晶圆测试项目,晶圆测试是在探针台上进行的。按测试方法和过程分类，可以分为加电压测电流（VFIM）、加电流测电压（IFVM）、加电压测电压（VFVM）和加电流测电流（IFIM）。,3. 晶圆测试项目,性能参数测试项目 直流（DC）参数 器件/电路端口的

3、稳态电气特性测试。 例如：输入特性II = f(VI) 输出特性IO = f(VO) 转移特性VO = f(VI) 直流参数测试包括开路测试、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。,3. 晶圆测试项目,直流参数测试实例（IV曲线）,3. 晶圆测试项目,直流参数测试实例（WAT：Wafer Acceptance Test）,3. 晶圆测试项目,功能 功能测试在集成电路测试中最重要，包括数字逻辑运算，数字和模拟信号的处理、控制、存储、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变化密切相关，包括电源电压的拉偏情况下的电参数、许可的

4、极限环境温度下的电参数、最坏情况下的静态功耗和动态功耗等。 交流（AC）参数 包括上升时间和下降时间、传输过程的延迟时间、建立和保持时间、刷新和暂停时间、访问时间和功能速度时间，易受寄生参数的影响。,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的工艺过程，通过对这些图形进行简单的电学测量（一般为直流测量）或直接用显微镜观察，就可以提取到有关生产工艺参数和单元器件或电路的电参数，成为收集微电子器件生产工艺参数信息的主要手段。 为打通生产线，调试和稳定工艺与设备，进行工艺认证，也可以把微电子测试结构图组单独做成一套专用的光掩模版，然后按预先设计的要求进行流片，得到规则布满微

5、电子测试结构图组的工艺认证晶圆片。,3. 晶圆测试项目,3. 晶圆测试项目,工艺监控参数 范德堡公式（Van der Pauw，1958） 对于厚度为W、表面无空洞的任意形状半导体薄层材料，在其侧面随意安排四个点接触电极，按顺序记为M、N、O、P电极，如下图所示。 若使电流从M点流进， N点流出，测出O和P两点 之间的电压 CP ，记其比 值为： MN, OP = CP MN,3. 晶圆测试项目,接着依次轮换电流、电压 电极，使电流从N点流进，O 点流出，测出P 和M两点间的 电压 PM ，记其比值为： NO, PM = PM NO 经推算，半导体材料电阻 率与上述两个电阻间的关系为 = ln

6、 2 MN, OP + NO, PM 2 MN, OP NO, PM 式中： MN, OP NO, PM 随 MN, OP NO, PM 变化，可用数值计算方法求得，称为修正系数。,3. 晶圆测试项目,修正系数随 MN, OP NO, PM 的变化 。 如果 MN, OP = NO, PM ，则f = 1 = ln 2 MN, OP + NO, PM 2 = ln 2 式中：I相邻两个电极之间通过的电流 U另两个电极之间测量的电压,3. 晶圆测试项目,在用微电子测试图测量薄层方决电阻时，为了方便起见，都采用对称的图形结构和电极安排。 根据方块电阻RS的定义，对厚度为W的掺杂层 S = = ln

7、 2 =4.532 这就是方块电阻测试中所依据的范德堡公式。,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的测试结构。,3. 晶圆测试项目,常用的方块电阻测试结构 以典型的双极工艺为例,3. 晶圆测试项目,延层和外延沟道层方块电阻测试结构,3. 晶圆测试项目,埋层和隔离掺杂方块电阻测试结构,3. 晶圆测试项目,发射区和金属层方块电阻测试结构,3. 晶圆测试项目,测试结构版图实例,3. 晶圆测试项目,测试结果绘图（Wafer mapping）,方块电阻等值线图,电阻条宽度,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,4. 晶圆测试设备,信号控制仪器 + 机械设备,4. 晶圆测试设备,手动探针台,4. 晶圆测试设备,4. 晶圆测试设备,4. 晶圆测试设备,自动探针台,4. 晶圆测试设备,探针卡,4. 晶圆测试设备,信号控制仪器 Ke