第單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)課件

第二單元

集成電路晶圓測試基礎(chǔ)第二單元

集成電路晶圓測試基礎(chǔ)1第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)2硅片制備集成電路芯片的晶圓片，其襯底材料主要為硅片，其純度為99.9999999%，簡稱“九個9”

。硅片制備與檢測硅片制備集成電路芯片的晶圓片，其襯底材料主要為硅片，其純度為3硅片硅片幾何尺寸圓形薄片，邊緣有定位邊或定位槽。硅片硅片幾何尺寸4硅片直徑（mm）厚度（μm）面積（cm2）質(zhì)量（g）100(4?)525±2578.549.65125(5?)625±25122.7217.95150(6?)675±20176.7128.00200(8?)725±20314.1653.08300(12?)775±20706.86127.64450(18?)?硅片直徑（mm）厚度（μm）面積（cm2）質(zhì)量（g）1005硅片加工工藝流程硅片加工工藝流程6硅片基本檢測項目摻雜類型摻雜濃度（個/cm3）<10141014~10161016~1019>1019P型πP-PP+N型νN-NN+硅片基本檢測項目摻雜類型摻雜濃度（個/cm3）<101417硅片商用硅片舉例一硅片商用硅片舉例一8硅片硅片9硅片硅片10硅片商用硅片舉例二硅片商用硅片舉例二11硅片硅片12硅片硅片13硅片基本檢測方法檢測項目主要方法缺陷化學(xué)/電化學(xué)腐蝕導(dǎo)電類型（N/P）熱電、光電、整流、霍爾等效應(yīng)電阻率兩探針法、四探針法、C-V法、渦電流法和擴散電阻法刃型位錯螺型位錯硅片基本檢測方法檢測項目主要方法缺陷化學(xué)/電化學(xué)腐蝕導(dǎo)電類型14硅片半導(dǎo)體材料與特性硅片半導(dǎo)體材料與特性15第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)162.晶圓晶圓基礎(chǔ)“硅片”：未加工的原始硅圓片；“晶圓”：通過芯片制造工藝，在圓硅片上已形成芯片（晶片）陣列的硅圓片。2.晶圓晶圓基礎(chǔ)172.晶圓芯片2.晶圓芯片182.晶圓輔助測試結(jié)構(gòu)為了提取集成電路的各種參數(shù)而專門設(shè)計，包括芯片制造過程的工藝監(jiān)控參數(shù)、過程質(zhì)量控制參數(shù)、電路設(shè)計模型參數(shù)和可靠性模型參數(shù)的提取。2.晶圓輔助測試結(jié)構(gòu)19第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)203.晶圓測試項目晶圓測試是在探針臺上進(jìn)行的。按測試方法和過程分類，可以分為加電壓測電流（VFIM）、加電流測電壓（IFVM）、加電壓測電壓（VFVM）和加電流測電流（IFIM）。3.晶圓測試項目晶圓測試是在探針臺上進(jìn)行的。按測試方法和過213.晶圓測試項目性能參數(shù)測試項目直流（DC）參數(shù)器件/電路端口的穩(wěn)態(tài)電氣特性測試。例如：輸入特性II=f(VI)輸出特性IO=f(VO)轉(zhuǎn)移特性VO=f(VI)直流參數(shù)測試包括開路測試、短路測試、輸入電流測試、漏電流測試、電源電流測試、閾值電壓測試等。3.晶圓測試項目性能參數(shù)測試項目223.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（IV曲線）3.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（IV曲線）233.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（WAT：WaferAcceptanceTest）3.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（WAT：WaferAc243.晶圓測試項目功能功能測試在集成電路測試中最重要，包括數(shù)字邏輯運算，數(shù)字和模擬信號的處理、控制、存儲、發(fā)射、接收、放大、變換、驅(qū)動、顯示等。極限（裕量）參數(shù)極限參數(shù)與集成電路工作環(huán)境變化密切相關(guān)，包括電源電壓的拉偏情況下的電參數(shù)、許可的極限環(huán)境溫度下的電參數(shù)、最壞情況下的靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗等。交流（AC）參數(shù)包括上升時間和下降時間、傳輸過程的延遲時間、建立和保持時間、刷新和暫停時間、訪問時間和功能速度時間，易受寄生參數(shù)的影響。3.晶圓測試項目功能253.晶圓測試項目微電子測試結(jié)構(gòu)圖微電子測試圖與電路管芯經(jīng)歷相同的工藝過程，通過對這些圖形進(jìn)行簡單的電學(xué)測量（一般為直流測量）或直接用顯微鏡觀察，就可以提取到有關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)和單元器件或電路的電參數(shù)，成為收集微電子器件生產(chǎn)工藝參數(shù)信息的主要手段。為打通生產(chǎn)線，調(diào)試和穩(wěn)定工藝與設(shè)備，進(jìn)行工藝認(rèn)證，也可以把微電子測試結(jié)構(gòu)圖組單獨做成一套專用的光掩模版，然后按預(yù)先設(shè)計的要求進(jìn)行流片，得到規(guī)則布滿微電子測試結(jié)構(gòu)圖組的工藝認(rèn)證晶圓片。3.晶圓測試項目微電子測試結(jié)構(gòu)圖263.晶圓測試項目3.晶圓測試項目273.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

283.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

293.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

303.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

313.晶圓測試項目范德堡測試圖形

正十字范德堡結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的測試結(jié)構(gòu)。3.晶圓測試項目范德堡測試圖形323.晶圓測試項目常用的方塊電阻測試結(jié)構(gòu)以典型的雙極工藝為例3.晶圓測試項目常用的方塊電阻測試結(jié)構(gòu)333.晶圓測試項目延層和外延溝道層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目延層和外延溝道層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)343.晶圓測試項目埋層和隔離摻雜方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目埋層和隔離摻雜方塊電阻測試結(jié)構(gòu)353.晶圓測試項目發(fā)射區(qū)和金屬層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目發(fā)射區(qū)和金屬層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)363.晶圓測試項目測試結(jié)構(gòu)版圖實例3.晶圓測試項目測試結(jié)構(gòu)版圖實例373.晶圓測試項目測試結(jié)果繪圖（Wafermapping）方塊電阻等值線圖電阻條寬度3.晶圓測試項目測試結(jié)果繪圖（Wafermapping）38第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)394.晶圓測試設(shè)備信號控制儀器+機械設(shè)備4.晶圓測試設(shè)備信號控制儀器+機械設(shè)備404.晶圓測試設(shè)備手動探針臺4.晶圓測試設(shè)備手動探針臺414.晶圓測試設(shè)備4.晶圓測試設(shè)備424.晶圓測試設(shè)備4.晶圓測試設(shè)備434.晶圓測試設(shè)備自動探針臺4.晶圓測試設(shè)備自動探針臺444.晶圓測試設(shè)備探針卡4.晶圓測試設(shè)備探針卡454.晶圓測試設(shè)備信號控制儀器Keithley4200A-SCS參數(shù)分析儀B1500A半導(dǎo)體器件參數(shù)分析儀…4.晶圓測試設(shè)備信號控制儀器464.晶圓測試設(shè)備器件類型應(yīng)用測試CMOS晶體管Id-Vg、Id-Vd、Vth、擊穿、電容、QSCV等雙極晶體管Ic-Vc、二極管、Gummel曲線圖、擊穿、三極管、電容等分立器件Id-Vg、Id-Vd、Ic-Vc、二極管等存儲器Vth、電容、耐久測試等功率器件脈沖Id-Vg、脈沖Id-Vd、擊穿等納米器件電阻、Id-Vg、Id-Vd、Ic-Vc等可靠性測試NBTI/PBTI、電荷泵、電遷移、熱載子注入、恒增電流（J-Ramp）、TDDB等其它其它4.晶圓測試設(shè)備器件類型應(yīng)用測試CMOS晶體管Id-Vg47第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)485.晶圓測試操作屬于實驗內(nèi)容（略）5.晶圓測試操作屬于實驗內(nèi)容（略）49第二單元

集成電路晶圓測試基礎(chǔ)第二單元

集成電路晶圓測試基礎(chǔ)50第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)51硅片制備集成電路芯片的晶圓片，其襯底材料主要為硅片，其純度為99.9999999%，簡稱“九個9”

。硅片制備與檢測硅片制備集成電路芯片的晶圓片，其襯底材料主要為硅片，其純度為52硅片硅片幾何尺寸圓形薄片，邊緣有定位邊或定位槽。硅片硅片幾何尺寸53硅片直徑（mm）厚度（μm）面積（cm2）質(zhì)量（g）100(4?)525±2578.549.65125(5?)625±25122.7217.95150(6?)675±20176.7128.00200(8?)725±20314.1653.08300(12?)775±20706.86127.64450(18?)?硅片直徑（mm）厚度（μm）面積（cm2）質(zhì)量（g）10054硅片加工工藝流程硅片加工工藝流程55硅片基本檢測項目摻雜類型摻雜濃度（個/cm3）<10141014~10161016~1019>1019P型πP-PP+N型νN-NN+硅片基本檢測項目摻雜類型摻雜濃度（個/cm3）<1014156硅片商用硅片舉例一硅片商用硅片舉例一57硅片硅片58硅片硅片59硅片商用硅片舉例二硅片商用硅片舉例二60硅片硅片61硅片硅片62硅片基本檢測方法檢測項目主要方法缺陷化學(xué)/電化學(xué)腐蝕導(dǎo)電類型（N/P）熱電、光電、整流、霍爾等效應(yīng)電阻率兩探針法、四探針法、C-V法、渦電流法和擴散電阻法刃型位錯螺型位錯硅片基本檢測方法檢測項目主要方法缺陷化學(xué)/電化學(xué)腐蝕導(dǎo)電類型63硅片半導(dǎo)體材料與特性硅片半導(dǎo)體材料與特性64第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)652.晶圓晶圓基礎(chǔ)“硅片”：未加工的原始硅圓片；“晶圓”：通過芯片制造工藝，在圓硅片上已形成芯片（晶片）陣列的硅圓片。2.晶圓晶圓基礎(chǔ)662.晶圓芯片2.晶圓芯片672.晶圓輔助測試結(jié)構(gòu)為了提取集成電路的各種參數(shù)而專門設(shè)計，包括芯片制造過程的工藝監(jiān)控參數(shù)、過程質(zhì)量控制參數(shù)、電路設(shè)計模型參數(shù)和可靠性模型參數(shù)的提取。2.晶圓輔助測試結(jié)構(gòu)68第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)693.晶圓測試項目晶圓測試是在探針臺上進(jìn)行的。按測試方法和過程分類，可以分為加電壓測電流（VFIM）、加電流測電壓（IFVM）、加電壓測電壓（VFVM）和加電流測電流（IFIM）。3.晶圓測試項目晶圓測試是在探針臺上進(jìn)行的。按測試方法和過703.晶圓測試項目性能參數(shù)測試項目直流（DC）參數(shù)器件/電路端口的穩(wěn)態(tài)電氣特性測試。例如：輸入特性II=f(VI)輸出特性IO=f(VO)轉(zhuǎn)移特性VO=f(VI)直流參數(shù)測試包括開路測試、短路測試、輸入電流測試、漏電流測試、電源電流測試、閾值電壓測試等。3.晶圓測試項目性能參數(shù)測試項目713.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（IV曲線）3.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（IV曲線）723.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（WAT：WaferAcceptanceTest）3.晶圓測試項目直流參數(shù)測試實例（WAT：WaferAc733.晶圓測試項目功能功能測試在集成電路測試中最重要，包括數(shù)字邏輯運算，數(shù)字和模擬信號的處理、控制、存儲、發(fā)射、接收、放大、變換、驅(qū)動、顯示等。極限（裕量）參數(shù)極限參數(shù)與集成電路工作環(huán)境變化密切相關(guān)，包括電源電壓的拉偏情況下的電參數(shù)、許可的極限環(huán)境溫度下的電參數(shù)、最壞情況下的靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗等。交流（AC）參數(shù)包括上升時間和下降時間、傳輸過程的延遲時間、建立和保持時間、刷新和暫停時間、訪問時間和功能速度時間，易受寄生參數(shù)的影響。3.晶圓測試項目功能743.晶圓測試項目微電子測試結(jié)構(gòu)圖微電子測試圖與電路管芯經(jīng)歷相同的工藝過程，通過對這些圖形進(jìn)行簡單的電學(xué)測量（一般為直流測量）或直接用顯微鏡觀察，就可以提取到有關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)和單元器件或電路的電參數(shù)，成為收集微電子器件生產(chǎn)工藝參數(shù)信息的主要手段。為打通生產(chǎn)線，調(diào)試和穩(wěn)定工藝與設(shè)備，進(jìn)行工藝認(rèn)證，也可以把微電子測試結(jié)構(gòu)圖組單獨做成一套專用的光掩模版，然后按預(yù)先設(shè)計的要求進(jìn)行流片，得到規(guī)則布滿微電子測試結(jié)構(gòu)圖組的工藝認(rèn)證晶圓片。3.晶圓測試項目微電子測試結(jié)構(gòu)圖753.晶圓測試項目3.晶圓測試項目763.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

773.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

783.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

793.晶圓測試項目

3.晶圓測試項目

803.晶圓測試項目范德堡測試圖形

正十字范德堡結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的測試結(jié)構(gòu)。3.晶圓測試項目范德堡測試圖形813.晶圓測試項目常用的方塊電阻測試結(jié)構(gòu)以典型的雙極工藝為例3.晶圓測試項目常用的方塊電阻測試結(jié)構(gòu)823.晶圓測試項目延層和外延溝道層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目延層和外延溝道層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)833.晶圓測試項目埋層和隔離摻雜方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目埋層和隔離摻雜方塊電阻測試結(jié)構(gòu)843.晶圓測試項目發(fā)射區(qū)和金屬層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)3.晶圓測試項目發(fā)射區(qū)和金屬層方塊電阻測試結(jié)構(gòu)853.晶圓測試項目測試結(jié)構(gòu)版圖實例3.晶圓測試項目測試結(jié)構(gòu)版圖實例863.晶圓測試項目測試結(jié)果繪圖（Wafermapping）方塊電阻等值線圖電阻條寬度3.晶圓測試項目測試結(jié)果繪圖（Wafermapping）87第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)硅片晶圓晶圓測試項目晶圓測試設(shè)備晶圓測試操作第二單元集成電路晶圓測試基礎(chǔ)884.晶圓測