對使用新型測試技術(shù)和儀器的幾點(diǎn)忠告

隨著(zhù)半導體制造商向65納米技術(shù)轉移并展望更小節點(diǎn)，嚴峻的測試挑戰也開(kāi)始浮出水面?，F在，工藝開(kāi)發(fā)工程師們必須放棄由硅、二氧化硅、多晶硅和鋁材料構成的良性世界，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和銅材料構成的充滿(mǎn)挑戰的世界中。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)鍵的應用包括先進(jìn)的高k柵測試、晶圓上射頻s參數測試、SOI基底的等溫直流和射頻測試，以及低至千萬(wàn)億分之一安培(fA)水平的泄漏電流測試。

因此，傳統的直流測試方法已經(jīng)無(wú)法再為器件的性能和可靠性提供準確的模型?，F在，從建模到制造整個(gè)過(guò)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(guò)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、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(cháng)期可靠性。

應該采用的方式

* 應該更多地進(jìn)行晶圓上(on-wa fer)測量，以便在前端線(xiàn)(FEOL光阻去除創(chuàng )新解決方案問(wèn)世，可縮短工藝流程FEOL)工藝中揭示問(wèn)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。

* 應該尋求面向先進(jìn)CMOS技術(shù)的測試設備和技術(shù)。例如，利用更好的方法刻畫(huà)熱應力松弛過(guò)程中的過(guò)孔應力遷移(VSM)，以便在50小時(shí)等溫測試的3/4時(shí)間內都獲得良好結果。這種新技術(shù)通過(guò)在最大蔓延速率范圍內的溫度循環(huán)和跟蹤較小阻抗偏移來(lái)改進(jìn)故障統計結果。在FEOL進(jìn)行的參數測試可能會(huì )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。

* 應該進(jìn)行脈沖型直流應力測試，以便獲得更多樣的數據，并在頻率制約電路中獲取更易理解的動(dòng)態(tài)現象和器件性能。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確圖像。

* 應該選擇具有短脈沖能力的測試系統和包含較新測試方法的軟件。這些系統應該有能力在不使用開(kāi)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。

* 應該選擇專(zhuān)為大吞吐量射頻測試設計的參數測試系統。它們與老式系統有著(zhù)天壤之別，后者的設計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。新設計可以快速、準確，并重復地提取RF參數，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。為了獲得準確的CT測試結果，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(dòng)態(tài)應力測量技術(shù)，在描述與NBTI、TDDB、HCI和SILC有關(guān)的可靠性問(wèn)題時(shí)也是有價(jià)值的。

* 不要回避晶圓級的RF參數測試。晶圓公司現在不得不承認，在構建先進(jìn)IC的過(guò)程中，射頻s參數的測量至關(guān)重要。隨著(zhù)行業(yè)轉向65納米或更精密節點(diǎn)，在1到40GHz頻率下提取正確的RF參數已經(jīng)成為RF緊湊模型(compact model)驗證的關(guān)鍵。

* 不要過(guò)于依賴(lài)線(xiàn)端(end-of-line)可靠性測試。測試已封裝的器件會(huì )對揭示可靠性問(wèn)題帶來(lái)障礙，還會(huì )造成成本大幅增加以及出貨時(shí)間高達三周的延遲(與封裝有關(guān))。

* 不要墨守陳規，只進(jìn)行老測試、使用老方法、利用陳舊的測試系統設計。例如，從鋁到銅的金屬材料改變，在過(guò)孔應力遷移和參數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(kāi)啟了大門(mén)。

* 不要對參數測試和功能測試使用相同的組織和報告結構，因為從經(jīng)濟角度而言?xún)烧叽蟛幌嗤?。參數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)參數測試單元中的設備通?？梢詮V泛復用，在5個(gè)或更多的工藝節點(diǎn)上達到高達85%的復用率。

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

1. 在信號上升之前執行“去捕獲(detrap)”，清除界面電荷

2. 上跟蹤(up-trace)捕獲

3. 在晶體管導通狀態(tài)下的電荷捕獲

4. 下跟蹤(down-trace)捕獲

5. 資料來(lái)源: 美國吉時(shí)利儀器公司