朱春燕
摘要在集成電路圓片的生產(chǎn)制造過程中,產(chǎn)品線通常會(huì)采取一些方法來監(jiān)控生產(chǎn)過程以確保產(chǎn)品的合格率,對這個(gè)過程的控制監(jiān)控簡稱PCM。監(jiān)控PCM的參數(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,如果對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)改進(jìn),那么對于提高產(chǎn)品成品率和可靠性是一種比較有效的手段。產(chǎn)品的成品率在理想的情況下決定了一種工藝的缺陷密度,工藝波動(dòng)造成的某些PCM參數(shù)的離散往往是影響成品率的主要因素。所以產(chǎn)品的可靠性和PCM參數(shù)的設(shè)置,以及PCM參數(shù)漂移有著極為密切的關(guān)系。
關(guān)鍵詞圓片;成品率;PCM;參數(shù)
中圖分類號(hào):TN304 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)11-0199-01
PCM就是通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中的漂移來確保工藝穩(wěn)定性。它不僅僅用于工藝控制和監(jiān)視,而且還是工藝和設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系橋梁。盡管當(dāng)今的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)器件模型參數(shù),但沒有PCM參數(shù)更直接,更具有可測性。PCM參數(shù)是產(chǎn)品良率和可靠性的安全線。因此,合理地設(shè)置PCM參數(shù)對于產(chǎn)品來說是十分重要。下面僅僅就公司產(chǎn)品生產(chǎn)中出現(xiàn)的PCM問題,提出一些觀點(diǎn)進(jìn)行討論。
1和PCM參數(shù)相關(guān)的問題
PCM參數(shù)的問題歸納起來,主要是關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置問題,關(guān)鍵參數(shù)上下限的合理設(shè)置,極限參數(shù)的容限以及個(gè)別被遺忘的關(guān)鍵參數(shù)。
1)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置。
PCM中的關(guān)鍵參數(shù)是專指那些要求嚴(yán)格控制上下限設(shè)置的參數(shù)。如MOS管跨導(dǎo)是否要設(shè)為關(guān)鍵參數(shù)呢?MOS管跨導(dǎo)Gm是MOS晶體管的重要器件參數(shù),反映柵電壓的變化引起漏電流的變化關(guān)系,被稱為增益因子。和雙極晶體管的放大倍數(shù)相似。對于長溝道器件,Gm和載流子的遷移率μ,柵氧化層厚度Tox,器件尺寸W/L,閾值電壓Vth有如下關(guān)系:
Gm=μεε0 /Tox * W/L*(Vgs-Vth)
由此看來,Gm并不僅僅是一個(gè)工藝參數(shù),但卻是MOS晶體管的重要器件參數(shù)。它對模擬電路中放大器的增益,導(dǎo)通電阻大小,電路工作點(diǎn)偏置等等都有較大影響。由于和Gm相關(guān)的一些工藝參數(shù),如柵氧化層厚度Tox、器件尺寸W/L等參數(shù)在5個(gè)PCM的關(guān)鍵測試點(diǎn)不能得到實(shí)際的數(shù)據(jù),因此Gm就成了人們必看的非關(guān)鍵參數(shù)了。
另一方面,如果Gm變化不大,人們也就不那么關(guān)心,但在實(shí)際情況中這個(gè)參數(shù)的變化還是很大的。這樣大的擺幅,從產(chǎn)品的良率方面考慮也必須要控制了。
2)PCM關(guān)鍵參數(shù)上下限的合理設(shè)置。PCM參數(shù)上下限設(shè)置主要依據(jù)是產(chǎn)品自身的需求和工藝能達(dá)到的范圍。前者是由設(shè)計(jì)決定的,后者是工藝跟據(jù)參數(shù)分布,由3σ區(qū)間決定的。它和設(shè)備,工藝技術(shù)等因素有關(guān)。通常往往二者之間有矛盾,這就是平時(shí)經(jīng)常講的設(shè)計(jì)和工藝不匹配。設(shè)計(jì)給出的窗口通常小于工藝窗口。
研究了公司里一些產(chǎn)品的PCM參數(shù)項(xiàng),得出以下結(jié)論:
①輕重不同地存在和PCM參數(shù)相關(guān)的失效項(xiàng)。引起產(chǎn)品失效的PCM參數(shù)比較集中,其中Repisp 4個(gè)品種,Rir 2個(gè)品種,RsHPL 4個(gè)品種,Rnwell 1個(gè)品種,VtDP 5個(gè)品種。它們在電路功能方面涉及電路功能起動(dòng),恒流源偏置以及參考電壓的參考源。由此可見,電路出現(xiàn)的功能和性能的失效,多半是因?yàn)橐恍┗镜碾娐凡荒苷9ぷ髟斐傻摹?/p>
②某些工藝PCM 參數(shù)上下限設(shè)定不夠合理,如VtDP 0-0.6 V。0.1 V以下的區(qū)間對電路來說沒有什么意義,因?yàn)橥▽?dǎo)電流很低電路難穩(wěn)定工作。同一片上的VtDP波動(dòng)有可能使耗盡管變?yōu)樵鰪?qiáng)管,造成電路不工作。另外既然電路設(shè)計(jì)選定VtDP作為參考電壓的參考源,工藝上就得嚴(yán)格控制,通常±0.2 V是閾值電壓的一般控制范圍。因此,0.15-0.55 V是應(yīng)該做到的。
③多晶高阻RsHP和Repisp工藝確實(shí)難控制,可適當(dāng)放寬范圍,但寬范圍是設(shè)計(jì)無法適應(yīng)。因此,有效的方法是:設(shè)計(jì)應(yīng)向中心值靠攏,不能1個(gè)產(chǎn)品1個(gè)范圍。
3)極限參數(shù)的設(shè)置余量。差不多每個(gè)電路都會(huì)規(guī)定一些極項(xiàng)參數(shù),比如最高極限電壓,端口最高電壓,最大功耗等等。所有這些,最終都會(huì)落實(shí)到PCM的某些參數(shù)上。比如公司里某個(gè)產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)高壓漏電,為了降低失效率,需在20 V下檢測功率管漏電。但這又和功率管的擊穿電壓的高低與軟硬有關(guān)。PCM規(guī)定最小擊穿電壓是22 V,而且是在1 μA測試。而功率管在80nA下測試。PCM檢測的又是小尺寸的器件,大尺寸時(shí)擊穿電壓還要下降。如果再碰上軟擊穿,情況會(huì)更糟。
4)被遺漏的關(guān)鍵參數(shù)。MOS晶體管的λ參數(shù)是一個(gè)十分重要的模型參數(shù),對于模擬電路來說此參數(shù)更為重要,它直接關(guān)系到恒流源內(nèi)阻大小,放大器增益高低。因此必須要關(guān)心到這個(gè)參數(shù),但在現(xiàn)有的PCM中不存在,所以需要增加。
2如何解決PCM參數(shù)存在的問題
上面提及的PCM參數(shù)的有關(guān)問題除了設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口不匹配的問題外,其他三個(gè)問題比較好解決的。剩下的問題是如何解決設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。解決方案從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手考慮,再適當(dāng)輔以權(quán)宜政策。
1)工藝方面:
①完善PCM參數(shù)設(shè)置,遺漏的補(bǔ)設(shè)。關(guān)鍵參數(shù)也要設(shè)置完善。
②合理設(shè)計(jì)PCM上下限,應(yīng)按工藝線水準(zhǔn),充分考慮用戶需求。
③工藝波動(dòng)應(yīng)在中值線附近上下波動(dòng)。
2)設(shè)計(jì)方面:
①設(shè)計(jì)的窗口中心值應(yīng)盡可能靠近工藝的窗口中心值。
②設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初時(shí)就應(yīng)充分優(yōu)化電路,給出主要PCM的關(guān)鍵參數(shù)窗口。力爭在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就解決好產(chǎn)品的設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。
③產(chǎn)品釋放前完成邊緣批的驗(yàn)證,邊緣批次的產(chǎn)品能較早地發(fā)現(xiàn)一些存在的問題。
3)對已投產(chǎn)的某些產(chǎn)品如果出現(xiàn)PCM的設(shè)計(jì)和工藝不匹配情況,原則上講,應(yīng)該設(shè)計(jì)適應(yīng)工藝。如果出現(xiàn)不匹配情況,應(yīng)修改設(shè)計(jì)。但由于修改周期長,因此在新設(shè)計(jì)未完成前,為了提高效率,工藝應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。
4)對極個(gè)別產(chǎn)品的某些涉及電路可靠性的參數(shù),如果遇到設(shè)計(jì)窗口窄而無法和合理的工藝窗口相匹配時(shí),可將設(shè)計(jì)窗口設(shè)成內(nèi)控規(guī)范,以便及時(shí)報(bào)警,提醒產(chǎn)品工程師小心處置。
3小結(jié)
PCM參數(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的合格率和可靠性問題,涉及公司運(yùn)營成本和客戶信譽(yù)。本文揭示的PCM參數(shù)的問題,絕大多數(shù)屬于設(shè)計(jì)和工藝之間不匹配問題。工藝上合理定義PCM的參數(shù)和規(guī)范,設(shè)計(jì)上應(yīng)充分優(yōu)化設(shè)計(jì),力爭在設(shè)計(jì)時(shí)就要解決好產(chǎn)品的設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。對于個(gè)別有偏離的參數(shù),工藝做適當(dāng)調(diào)整,以補(bǔ)充設(shè)計(jì)不足。但絕對不是工藝可以調(diào)整,設(shè)計(jì)可以無約束,這樣就把優(yōu)勢變成劣勢了。
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