集成电路晶圆测试基础.PPT

1、第二单元第二单元 集成电路晶圆测试基础集成电路晶圆测试基础1第二单元第二单元 集成电路晶圆测试基础集成电路晶圆测试基础1. 硅片硅片2. 晶圆晶圆3. 晶圆测试项目晶圆测试项目4. 晶圆测试设备晶圆测试设备5. 晶圆测试操作晶圆测试操作21. 硅片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Float Zone: FZ纯度高、含氧量低、直径小高压功率器件多晶硅非晶硅31. 硅片硅片l 硅片几何尺寸硅片几何尺寸圆形薄片，边

2、缘有定位边或定位槽。41. 硅片硅片直径（直径（mm）厚度（厚度（m）面积（面积（cm2）质量（质量（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)?51. 硅片硅片l 加工工艺流程加工工艺流程包装入库清洗与质量检验腐蚀与抛光倒角与磨片定位于切片整形处理硅单晶棒61. 硅片硅片l 基本检测项目基本检测项目掺杂类型掺杂类型掺杂浓度（个掺杂浓度（个/cm3） 1019P型P-PP+N型N

3、-NN+71. 硅片硅片l 商用硅片举例一商用硅片举例一81. 硅片硅片91. 硅片硅片101. 硅片硅片l 商用硅片举例二商用硅片举例二111. 硅片硅片121. 硅片硅片131. 硅片硅片l 基本检测方法基本检测方法检测项目检测项目主要方法主要方法缺陷化学/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141. 硅片硅片 半导体材料与特性半导体材料与特性15第二单元第二单元 集成电路晶圆测试基础集成电路晶圆测试基础1. 硅片硅片2. 晶圆晶圆3. 晶圆测试项目晶圆测试项目4. 晶圆测试设备晶圆测试设备5. 晶

4、圆测试操作晶圆测试操作162. 晶圆晶圆 晶圆基础晶圆基础“硅片硅片”：未加工的原始硅圆片；“晶圆晶圆”：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。172. 晶圆晶圆l 芯片芯片182. 晶圆晶圆l 辅助测试结构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。19第二单元第二单元 集成电路晶圆测试基础集成电路晶圆测试基础1. 硅片硅片2. 晶圆晶圆3. 晶圆测试项目晶圆测试项目4. 晶圆测试设备晶圆测试设备5. 晶圆测试操作晶圆测试操作203. 晶圆测试项目晶圆测试项目晶圆测试是在探针

5、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）。213. 晶圆测试项目晶圆测试项目 性能参数测试项目性能参数测试项目l 直流（直流（DC）参数）参数器件/电路端口的稳态电气特性测试。例如：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。223. 晶圆测试项目晶圆测试项目 直流参数测试实例（直流参数测试实例（IV曲线）曲线）233. 晶圆测试项目晶圆测试项目 直流参数

6、测试实例（直流参数测试实例（WAT：Wafer Acceptance Test）243. 晶圆测试项目晶圆测试项目l 功能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。l 极限（裕量）参数极限（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。l 交流（交流（AC）参数）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。253. 晶圆测试项目晶圆

7、测试项目 微电子测试结构图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。263. 晶圆测试项目晶圆测试项目273. 晶圆测试项目晶圆测试项目283. 晶圆测试项目晶圆测试项目293. 晶圆测试项目晶圆测试项目303. 晶圆测试项目晶圆测

8、试项目313. 晶圆测试项目晶圆测试项目 范德堡测试图形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。323. 晶圆测试项目晶圆测试项目 常用的方块电阻测试结构常用的方块电阻测试结构以典型的双极工艺为例333. 晶圆测试项目晶圆测试项目延层和外延沟道层方块电阻测试结构延层和外延沟道层方块电阻测试结构343. 晶圆测试项目晶圆测试项目埋层和隔离掺杂方块电阻测试结构埋层和隔离掺杂方块电阻测试结构353. 晶圆测试项目晶圆测试项目发射区和金属层方块电阻测试结构发射区和金属层方块电阻测试结构363. 晶圆测试项目晶圆测试项目测试结构版图实例测试结构版图实例373. 晶圆测试项目晶圆测试项目 测

9、试结果绘图（测试结果绘图（Wafer mapping）方块电阻等值线图电阻条宽度38第二单元第二单元 集成电路晶圆测试基础集成电路晶圆测试基础1. 硅片硅片2. 晶圆晶圆3. 晶圆测试项目晶圆测试项目4. 晶圆测试设备晶圆测试设备5. 晶圆测试操作晶圆测试操作394. 晶圆测试设备晶圆测试设备 信号控制仪器信号控制仪器 + 机械设备机械设备404. 晶圆测试设备晶圆测试设备 手动探针台手动探针台414. 晶圆测试设备晶圆测试设备424. 晶圆测试设备晶圆测试设备434. 晶圆测试设备晶圆测试设备 自动探针台自动探针台444. 晶圆测试设备晶圆测试设备探针卡探针卡454. 晶圆测试设备晶圆测试设备 信号控制仪器信号控制仪器Keithley 4200A-SCS 参数分析仪B1500A 半导体器件参数分析仪464. 晶圆测试设备晶圆测试设备器件类型器件类型应用测试应用测试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、二极管等存储器Vth、电容、耐久测试等功率器件脉冲 Id-Vg、脉冲 Id-Vd、击穿等纳米器件电阻、Id-Vg、Id-Vd、Ic-Vc 等可靠性测试NBTI/PBTI、电荷泵、电迁移、