對使用新型測試技術(shù)和儀器的幾點(diǎn)忠告

隨著半導(dǎo)體制造商向65納米技術(shù)轉(zhuǎn)移并展望更小節(jié)點(diǎn)，嚴(yán)峻的測試挑戰(zhàn)也開始浮出水面。現(xiàn)在，工藝開發(fā)工程師們必須放棄由硅、二氧化硅、多晶硅和鋁材料構(gòu)成的良性世界，而將自己置于由硅鍺(SiGe)、絕緣體上硅(SOI)、亞硝酸鉿(HfNO2)、金屬柵、低k和銅材料構(gòu)成的充滿挑戰(zhàn)的世界中。這些新材料對工藝和器件特性提出了新的測試要求，其中一些關(guān)鍵的應(yīng)用包括先進(jìn)的高k柵測試、晶圓上射頻s參數(shù)測試、SOI基底的等溫直流和射頻測試，以及低至千萬億分之一安培(fA)水平的泄漏電流測試。

因此，傳統(tǒng)的直流測試方法已經(jīng)無法再為器件的性能和可靠性提供準(zhǔn)確的模型?，F(xiàn)在，從建模到制造整個(gè)過程都需要進(jìn)行正確的RF和脈沖測試，包括確定柵介質(zhì)可靠性、高頻電容值、銅過孔可靠性和RF性能等測試。各種測試方法正在改變I-V特性、RF電容-電壓測試、s參數(shù)、NBTI、TDDB、 HCI、SILC和電荷泵(CP)。

這些新的方法呼喚能夠以更快速度完成測試的新型儀器和軟件。同時(shí)，還必須以某種方式建立測試，以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并確保其長期可靠性。

應(yīng)該采用的方式

* 應(yīng)該更多地進(jìn)行晶圓上(on-wa fer)測量，以便在前端線(FEOL光阻去除創(chuàng)新解決方案問世，可縮短工藝流程FEOL)工藝中揭示問題。一個(gè)關(guān)鍵的FEOL評估任務(wù)就是建立與特定工藝有關(guān)的產(chǎn)品可靠性，特別是對那些包含新異材料的工藝。

* 應(yīng)該尋求面向先進(jìn)CMOS技術(shù)的測試設(shè)備和技術(shù)。例如，利用更好的方法刻畫熱應(yīng)力松弛過程中的過孔應(yīng)力遷移(VSM)，以便在50小時(shí)等溫測試的3/4時(shí)間內(nèi)都獲得良好結(jié)果。這種新技術(shù)通過在最大蔓延速率范圍內(nèi)的溫度循環(huán)和跟蹤較小阻抗偏移來改進(jìn)故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在FEOL進(jìn)行的參數(shù)測試可能會繼金屬測試之后完成，從而將工藝控制反饋時(shí)間縮短50%或更多。

* 應(yīng)該進(jìn)行脈沖型直流應(yīng)力測試，以便獲得更多樣的數(shù)據(jù)，并在頻率制約電路中獲取更易理解的動態(tài)現(xiàn)象和器件性能。特別的是，短脈沖測試可以克服柵極泄漏，并在電荷捕獲(CT)測量中提供界面捕獲密度的準(zhǔn)確圖像。

* 應(yīng)該選擇具有短脈沖能力的測試系統(tǒng)和包含較新測試方法的軟件。這些系統(tǒng)應(yīng)該有能力在不使用開關(guān)矩陣的情況下，對少量引腳提供直流信號和上升時(shí)間在納秒級的脈沖信號支持。

* 應(yīng)該選擇專為大吞吐量射頻測試設(shè)計(jì)的參數(shù)測試系統(tǒng)。它們與老式系統(tǒng)有著天壤之別，后者的設(shè)計(jì)目的主要是面向直流I-V和C-V測量，之后才重新改進(jìn)用于 RF。新設(shè)計(jì)可以快速、準(zhǔn)確，并重復(fù)地提取RF參數(shù)，易操作性直逼直流測試，甚至還可以同時(shí)進(jìn)行精確的直流和射頻測試。

應(yīng)該避免的方式

* 不要將測試方式限定為靜態(tài)直流測試。為了獲得準(zhǔn)確的CT測試結(jié)果，需要進(jìn)行交流和脈沖直流測試以便限定高k柵電介質(zhì)。電荷泵等動態(tài)應(yīng)力測量技術(shù)，在描述與NBTI、TDDB、HCI和SILC有關(guān)的可靠性問題時(shí)也是有價(jià)值的。

* 不要回避晶圓級的RF參數(shù)測試。晶圓公司現(xiàn)在不得不承認(rèn)，在構(gòu)建先進(jìn)IC的過程中，射頻s參數(shù)的測量至關(guān)重要。隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向65納米或更精密節(jié)點(diǎn)，在1到40GHz頻率下提取正確的RF參數(shù)已經(jīng)成為RF緊湊模型(compact model)驗(yàn)證的關(guān)鍵。

* 不要過于依賴線端(end-of-line)可靠性測試。測試已封裝的器件會對揭示可靠性問題帶來障礙，還會造成成本大幅增加以及出貨時(shí)間高達(dá)三周的延遲(與封裝有關(guān))。

* 不要墨守陳規(guī)，只進(jìn)行老測試、使用老方法、利用陳舊的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，從鋁到銅的金屬材料改變，在過孔應(yīng)力遷移和參數(shù)化晶圓探測原型等領(lǐng)域，為新測試需要和新測試可能性開啟了大門。

* 不要對參數(shù)測試和功能測試使用相同的組織和報(bào)告結(jié)構(gòu)，因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)角度而言兩者大不相同。參數(shù)測試使用了一種采樣策略進(jìn)行工藝控制和良品率改進(jìn)，但需要分別進(jìn)行評價(jià)。例如，在一個(gè)參數(shù)測試單元中的設(shè)備通?？梢詮V泛復(fù)用，在5個(gè)或更多的工藝節(jié)點(diǎn)上達(dá)到高達(dá)85%的復(fù)用率。

圖1：靜態(tài)直流測量已無法滿足高k電介質(zhì)要求，需要采用交流和脈沖直流測試來描述電荷捕獲效應(yīng)。

1. 在信號上升之前執(zhí)行“去捕獲(detrap)”，清除界面電荷

2. 上跟蹤(up-trace)捕獲

3. 在晶體管導(dǎo)通狀態(tài)下的電荷捕獲

4. 下跟蹤(down-trace)捕獲

5. 資料來源: 美國吉時(shí)利儀器公司