第2单元集成电路晶圆测试基础ppt课件.pptx

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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”：未加工的原始硅圆片；“晶圆”：通过芯

2、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/电路端口的稳态电气特性测试。例如：输入特性II=f(VI)输

3、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

4、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

5、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 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

6、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 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

7、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Keithley 4200A-SCS 参数分析仪B1500A 半导体器件参数分析仪,4.晶圆测试设备,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,5.晶圆测试操作,属于实验内容（略）,