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晶圓測(cè)試可分為哪兩個(gè)步驟？
來源:電子發(fā)燒友
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作者:chnchip
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發(fā)布時(shí)間: 2020-12-30
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半導(dǎo)體測(cè)試貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程的核心環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體測(cè)試就是通過測(cè)量半導(dǎo)體的輸出響應(yīng)和預(yù)期輸出并進(jìn)行比較以確定或評(píng)估集成電路功能和性能的過程，其測(cè)試內(nèi)容主要為電學(xué)參數(shù)測(cè)試。一般來說，每個(gè)芯片都要經(jīng)過兩類測(cè)試：
（1）參數(shù)測(cè)試。參數(shù)測(cè)試是確定芯片管腳是否符合各種上升和下降時(shí)間、建立和保持時(shí)間、高低電壓閾值和高低電流規(guī)范，包括DC（Direct Current）參數(shù)測(cè)試與AC（Alternating Current）參數(shù)測(cè)試。DC參數(shù)測(cè)試包括短路測(cè)試、開路測(cè)試、最大電流測(cè)試等。AC參數(shù)測(cè)試包括傳輸延遲測(cè)試、建立和保持時(shí)間測(cè)試、功能速度測(cè)試等。這些測(cè)試通常都是與工藝相關(guān)的。CMOS輸出電壓測(cè)量不需要負(fù)載，而TTL器件則需要電流負(fù)載。
（2）功能測(cè)試。功能測(cè)試決定芯片的內(nèi)部數(shù)字邏輯和模擬子系統(tǒng)的行為是否符合期望。這些測(cè)試由輸入適量和相應(yīng)的響應(yīng)構(gòu)成。他們通過測(cè)試芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)來檢查一個(gè)驗(yàn)證過的設(shè)計(jì)是否正產(chǎn)工作。功能測(cè)試對(duì)邏輯電路的典型故障有很高的覆蓋率。
測(cè)試成本與測(cè)試時(shí)間成正比，而測(cè)試時(shí)間取決于測(cè)試行為，包括低速的參數(shù)測(cè)試和高速的矢量測(cè)試（功能測(cè)試）。其中參數(shù)測(cè)試的時(shí)間與管腳的數(shù)目成比例，適量測(cè)試的時(shí)間依賴于矢量的數(shù)目和時(shí)鐘頻率。測(cè)試的成本主要是功能測(cè)試。
半導(dǎo)體測(cè)試貫穿設(shè)計(jì)、制造、封裝、應(yīng)用全過程。從最初形成滿足特定功能需求的芯片設(shè)計(jì)，經(jīng)過晶圓制造、封裝環(huán)節(jié)，在最終形成合格產(chǎn)品前，需要檢測(cè)產(chǎn)品是否符合各種規(guī)范。按生產(chǎn)流程分類。半導(dǎo)體測(cè)試可以按生產(chǎn)流程可以分為三類：驗(yàn)證測(cè)試、晶圓測(cè)試測(cè)試、封裝檢測(cè)。
（1） 驗(yàn)證測(cè)試：又稱實(shí)驗(yàn)室測(cè)試或特性測(cè)試，是在器件進(jìn)入量產(chǎn)之前驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確，需要進(jìn)行功能測(cè)試和全面的AC/DC。特性測(cè)試確定器件工作參數(shù)的范圍。通常測(cè)試最壞情況，因?yàn)樗绕骄闆r更容易評(píng)估，并且通過此類測(cè)試的器件將會(huì)在其他任何條件下工作。
（2） 晶圓測(cè)試：每一塊加加工完成后的芯片都需要進(jìn)行晶圓測(cè)試，他沒有特性測(cè)試全面，但必須判定芯片是否符合設(shè)計(jì)的質(zhì)量和需求。測(cè)試矢量需要高的故障覆蓋率，但不需要覆蓋所有的功能和數(shù)據(jù)類型。晶圓測(cè)試主要考慮的是測(cè)試成本，需要測(cè)試時(shí)間最小，只做通過/不通過的判決。
（3） 封裝檢測(cè)：是在封裝完成后的測(cè)試。根據(jù)具體情況，這個(gè)測(cè)試內(nèi)容可以與生產(chǎn)測(cè)試相似，或者比生產(chǎn)測(cè)試更全面一些，甚至可以在特定的應(yīng)用系統(tǒng)中測(cè)試。封裝測(cè)試最重要的目標(biāo)就是避免將有缺陷的器件放入系統(tǒng)之中。晶圓測(cè)試又稱前道測(cè)試、“Circuit porbing”（即CP測(cè)試）、“Wafer porbing”或者“Die sort”。
晶圓測(cè)試大致分為兩個(gè)步驟：
①單晶硅棒經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)制程制作的晶圓，在芯片之間的劃片道上會(huì)有預(yù)設(shè)的測(cè)試結(jié)構(gòu)圖，在首層金屬刻蝕完成后，對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行晶圓可靠性參數(shù)測(cè)試（WAT）來監(jiān)控晶圓制作工藝是否穩(wěn)定，對(duì)不合格的芯片進(jìn)行墨點(diǎn)標(biāo)記，得到芯片和微電子測(cè)試結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)量；
②晶圓制作完成后，針對(duì)制作工藝合格的晶圓再進(jìn)行CP測(cè)試（Circuit Probing），通過完成晶圓上芯片的電參數(shù)測(cè)試，反饋芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的信息。完成晶圓測(cè)試后，合格產(chǎn)品才會(huì)進(jìn)入切片和封裝步驟。
不同測(cè)試環(huán)節(jié)的測(cè)試參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景稍有區(qū)別。晶圓測(cè)試的對(duì)象是未劃片的整個(gè)晶圓，屬于在前端工序中對(duì)半成品的測(cè)試，目的是監(jiān)控前道工藝良率，并降低后道封裝成本。而成品測(cè)試是對(duì)完成封裝的集成電路產(chǎn)品進(jìn)行最后的質(zhì)量檢測(cè)，主要是針對(duì)芯片應(yīng)用方面的測(cè)試，有些甚至是待機(jī)測(cè)試，以保證出廠產(chǎn)品的合格率。CP測(cè)試與成品測(cè)試的測(cè)試參數(shù)大體是相似的，但由于探針的容許電流有限，CP測(cè)試通常不能進(jìn)行大電流測(cè)試項(xiàng)。此外，CP測(cè)試的常見室溫為25℃左右，而成品測(cè)試有時(shí)需要在75-90℃的溫度下進(jìn)行。
半導(dǎo)體檢測(cè)是產(chǎn)品良率和成本管理的重要環(huán)節(jié)，在半導(dǎo)體制造過程有著舉足輕重的地位。面臨降低測(cè)試成本和提高產(chǎn)品良率的壓力，測(cè)試環(huán)節(jié)將在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)更為重要的地位。摩爾定律預(yù)測(cè)，芯片上的元器件數(shù)目每隔18個(gè)月會(huì)增加一倍，單位元器件的材料成本和制造成本會(huì)成倍降低，但芯片的復(fù)雜化將使測(cè)試成本不斷增加。
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