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IC工艺技术11-IC制造中的质量控制幻灯片
集成电路技术讲座 第十一讲 集成电路制造中的 质量控制和成品率 Quality Control Yield 内容 前言 (一)成品率和成品率模型 (二)制造环境-沾污控制 (三)工艺优化和试验设计(DOE) (四)统计过程控制(SPC) (五)工艺设备状态的控制 (Off-line QC) (六)产品工艺的控制 (On-line QC) (七)PCM在质量控制中的作用 (八)低合格率圆片原因分析 前言-质量目标 ?产品指标符合客户(设计)要求 ?参数一致性和重复性好 ?成品率高 ?可靠性高 前言-实现质量目标的措施 质量保证体系(ISO9000,ISO16949) 质量体系文件;人员培训;产品设计和工艺开发的程序和评审;供应商评审和进料检验;仪器计量;不合格品控制;出厂检验;5S管理;内审制度 制造过程的质量控制 (QC) 沾污控制;统计工具的应用;生产设备状态稳定;关键工艺参数的监控;PCM的监控作用 (一)成品率和成品率模型 成品率 代工(Fundry) Y=Y1*Y2*Y3 Y1 (Line Yield) PCM in/Wafer start Y2 (PCM Yield) PCM out/PCM in Y3 (Visual Yield) Stock in/PCM out 成品率 公司品牌产品 Y=Y1*Y2*Y3 Y1 (Line Yield)= 出片数/投入片数 Y2 拣选测试合格率(Wafer Sort Yield) =合格芯片数/总芯片数 Y3 (封装合格率) =封装合格数/合格芯片数 成品率趋势图(例) 成品率趋势图(例) 影响成品率的因素 硅片直径 芯片尺寸 制造环境 工艺复杂性(光刻版数,工艺步数) 特征尺寸 晶体缺陷 工艺成熟性 成品率模型-泊松模型 Y=e-AD A 芯片面积 D 缺陷密度 假设整个硅片的缺陷密度是均匀的,且硅片之间完全相同 广义的缺陷包括材料缺陷,掩模版缺陷,颗粒,各种沾污,工艺缺陷 假设都是致命缺陷,考虑缺陷致命与非致命时,引入缺陷成为致命缺陷的概率? Y=e-AD? 成品率模型-墨菲(Murphy)模型 Y=[(1-e-AD)/AD]2 假设缺陷密度在硅片上和硅片间都不同.硅片中心缺陷密度低,边缘密度高.适于预测VLSI和ULSI成品率 成品率模型-(Seed)模型 Y=e-?AD 也假设缺陷密度在硅片上和硅片间有变化.适于预测VLSI和ULSI成品率 Murphy/Seed组合模型 Y={[(1-e-AD)/AD]2+e-?AD}/2 缺陷尺寸和致命性 缺陷的尺寸分布和致命性 Y低 Y高 按层次细分的成品率模型 有时成品率公式细分为单个工艺步骤成品率的乘积 Y=?Yi= ?e-ADi?i 不同层次缺陷的致命程度?不一样,例如CMOS工艺中,poly gate,contact,metal尺寸接近光刻最小尺寸,小缺陷容易成为致命缺陷,这些工艺步骤的成品率起主要作用。这些称关键层。重点要控制关键层的缺陷 设备决定缺陷数量和大小分布,工艺和设计决定缺陷的敏感度(积分核K) 缺陷密度趋势图(例) 成品率和芯片面积(例) (二)制造环境-沾污控制 沾污的类型 颗粒 金属杂质 有机物沾污 自然氧化层 静电释放 颗粒 悬浮在空气中的颗粒和黏附在硅片上的颗粒 颗粒能引起电路的开路和短路 可以接受的颗粒尺寸是必须小于最小器件特征尺寸的一半 每步工艺引入到硅片的超过一定尺寸的颗粒数(PWP)必须受控 颗粒检测:激光扫描硅片,检测颗粒散射的光强及位置 金属杂质 重金属杂质 Fe,Ni,Cu,Cr,Ti,W 碱金属杂质 Na,K 重金属杂质沾污 重金属杂质具有深能级,它形成复合中心.少数载流子寿命可反映沾污水平 重金属杂质引起击穿降低,漏电增加 重金属杂质来源 硅片,石英管,管道系统,化学试剂,刻蚀溅射,硅片流转操作过程 通过测少子寿命的方法(如光电导法)检测重金属沾污 光电导法测少子寿命 清洗条件和寿命 spv 碱金属杂质沾污 形成氧化物中可动离子电荷,引起表面漏电,开启电压变化 来源:石英器皿,人体,化学品,制造工序 监控方法:CV+BT处理 氧化层沾污(可动电荷)监控 CV法测氧化层电荷 静电释放(ESD) 静电荷丛一物体向另一物体未经控制地转移.电流泄放电压可以高达几万伏. 几个纳秒内能产生超过1A峰值电流,可熔化和蒸发金属导体连线,击穿氧化层 积累电荷的硅片能吸引带电颗粒和中性颗粒 静电释放(ESD)的防止 防静电的净化间材料 人员和设备接地 离子发射器-使空气电离-中和硅片上静电荷 (三)工艺设计优化-试验设计 试验设计 试验设计 DOE, Design of Exper
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