借助PAT測試實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的零缺陷制造-新品速遞

精品文檔-下載后可編輯借助PAT測試實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的零缺陷制造-新品速遞業(yè)界對于半導(dǎo)體器件零缺陷需求的呼聲日益高漲，為此半導(dǎo)體制造商開始加大投資應(yīng)對挑戰(zhàn)，以滿足汽車用戶的需求。隨著汽車中電子元器件數(shù)量的不斷增加，必須嚴(yán)格控制現(xiàn)代汽車中半導(dǎo)體器件的質(zhì)量以降低每百萬零件的缺陷率(DPM)，將與電子元件相關(guān)的使用現(xiàn)場退回及擔(dān)保等問題化，并減小因電子元件失效導(dǎo)致的責(zé)任問題。美國汽車電子委員會AEC-Q001規(guī)范推薦了一種通用方法，該方法采用零件平均測試(PartAverageTesting,PAT)方法將異常零件從總零件中剔除，從而在供應(yīng)商這就改進(jìn)部件的質(zhì)量和可靠性。對給定晶圓、批號或被測零件組，PAT方法可以指示總平均值落在6σ之外的測試結(jié)果，任何超出給定器件的6σ門限值的測試結(jié)果均被視為不合格，并從零件總數(shù)中剔除，那些未達(dá)到PAT門限值的零件不能付運(yùn)給客戶,這樣一來就改進(jìn)了器件的質(zhì)量和可靠性。用戶對這些規(guī)范的要求促使供應(yīng)商之間的競爭更加激烈。在改進(jìn)可靠性并降低缺陷率方面面臨很大的壓力，尤其對于目前由半導(dǎo)體控制的許多相當(dāng)重要的安全功能，諸如剎車、牽引控制、動力及主動穩(wěn)定控制系統(tǒng)。供應(yīng)商既要改進(jìn)已付運(yùn)零件的質(zhì)量,又要讓這些規(guī)范對其成品率的影響。由于制造成本持續(xù)走低,測試成本卻維持在相對不變的水平，因此測試成本在制造成本中的比重日益增大，元器件的利潤空間持續(xù)縮水。由于絕大部分的成品率都不能夠滿足要求，所以供應(yīng)商必須徹底評估他們的測試程序以便找到替代測試方法，并且從備選方法中反復(fù)試驗(yàn)直至找到方法。

圖1：PAT測試篩選異常零件不借助的分析和仿真工具，供應(yīng)商就會在沒有充分了解這些規(guī)范對供應(yīng)鏈影響的情況下應(yīng)用它們。更糟糕的是,如果盲目應(yīng)用并遺漏了重要的測試,那么結(jié)果即使保證采用PAT之類的規(guī)范對器件進(jìn)行了測試并以相同的DPM率付運(yùn),在這種情況下保證也是毫無疑義的，而且可靠性也會降低。一些供應(yīng)商似乎認(rèn)為，在晶圓探測中進(jìn)行PAT測試就足夠了，但研究表明采用這種方法存在許多問題。在晶圓探測中采用PAT是道質(zhì)量關(guān)，但在剩余的下游制造過程中，由于無數(shù)可變因素造成的變數(shù)增加，因此會在封裝測試時導(dǎo)致更多的PAT異常值。如果供應(yīng)商希望付運(yùn)高質(zhì)量的零件，他們就需在晶圓探測和終測試兩個階段都進(jìn)行PAT測試，而且他們的客戶也應(yīng)推動該方法的應(yīng)用。實(shí)時PAT和統(tǒng)計(jì)后處理PAT過程所采用的方法之一是分析由幾個批次的數(shù)據(jù)，為每個感興趣的測試建立PAT門限。這些門限計(jì)算為魯棒平均值+/-6σ，并且通常作為規(guī)格上限(USL)和規(guī)格下限(LSL)整合到測試程序中。靜態(tài)PAT門限必須至少每六個月復(fù)審并更新。的方法是計(jì)算每個批次或晶圓的動態(tài)PAT門限。動態(tài)PAT門限通常比靜態(tài)PAT門限更為嚴(yán)格，并且清除不在正常分布內(nèi)的任何異常值。為重要的差異是動態(tài)PAT門限根據(jù)晶圓或批次計(jì)算，因而門限將會根據(jù)晶圓或批次所采用的材料性能連續(xù)變化。動態(tài)PAT門限計(jì)算為平均值+/-(n*σ)或中值+/-(N*魯棒σ)，且不能小于測試程序中所規(guī)定的LSL或大于USL。所計(jì)算出的PAT門限定被用作圖中所示的較低PAT門限(LPL)和較高PAT門限(UPL)。任何超過動態(tài)PAT門限且處于LSL和USL門限之間的值都被視為異常值。這些異常值通常被命名為故障并被裝入一個特定的異常值軟件和硬件箱。跟蹤給定晶圓或批次所計(jì)算出的PAT門限以及每一個測試所檢測到的異常量對于后期追溯具有重要意義。實(shí)施PAT有兩種主要方法：實(shí)時PAT和統(tǒng)計(jì)后處理(SPP)。供應(yīng)商必須清楚是否要在探測和終測試中采用兩種不同方法，還是只采用一種方案更有意義。實(shí)時PAT根據(jù)對動態(tài)PAT門限的計(jì)算，在不影響測試時間的情況下，當(dāng)零件被測試時就作出分選決策。這就需要能夠處理監(jiān)測和取樣的復(fù)雜數(shù)據(jù)流的動態(tài)實(shí)時引擎。同樣，這一過程也需要魯棒的統(tǒng)計(jì)引擎，該引擎可捕獲測試數(shù)據(jù)并執(zhí)行必要的計(jì)算以產(chǎn)生新的門限，將新門限和分選信息送入測試程序；同時，監(jiān)測整個過程以確保穩(wěn)定性及可控性。供應(yīng)商需要對探測和終測試進(jìn)行實(shí)時處理并處理基線異常值。

圖2：實(shí)時的動態(tài)PAT流程。統(tǒng)計(jì)后處理方法會產(chǎn)生相同的終測試結(jié)果，在一個批次完成之后，要對器件測試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理并作出分選決策。然而，因?yàn)榉诌x決策是在批次處理后作出的，后處理只能用于晶圓探測，因?yàn)闇y試和分選結(jié)果與特定器件相關(guān)，以便重新分選。在封裝測試中，器件一旦被封裝，就沒有辦法跟蹤或順序排列，因而無法將測試及分選結(jié)果與特定器件聯(lián)系起來。SPP還要求進(jìn)行完全測試結(jié)果的數(shù)據(jù)記錄以便做出決策，日益增加的IT基礎(chǔ)架構(gòu)需要(大量時間)并大大放慢了測試時間。由于結(jié)果被后處理，因此SPP將一個批次中基線異常值作為器件整體的一個部分進(jìn)行處理。兩種方法在處理測試和分選結(jié)果時都需要運(yùn)行強(qiáng)大的運(yùn)算，就像區(qū)域性PAT和其它故障模式一樣。區(qū)域性PAT的實(shí)例是一塊晶圓中的一顆合格裸片被多塊有故障的裸片包圍。研究表明：這顆合格器件很可能過早出現(xiàn)故障，要努力減少汽車器件中的DPM，大部分供應(yīng)商都必須找到這顆合格器件。實(shí)時測試的實(shí)現(xiàn)假定此刻我們正在制造用于汽車的電源管理器件，我們將歷史測試數(shù)據(jù)載入分析工具并對器件參數(shù)數(shù)據(jù)作深度分析，以便發(fā)現(xiàn)哪個測試是PAT的較好備選。測試有優(yōu)劣之分，有些測試更適合于PAT，有些測試對器件的功能測試更為重要。如果選擇器件的所有測試，成品率將難以接受。某些測試的問題在于數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定，以致于不能根據(jù)PAT標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。造成這種可變性的原因可能是器件本身所固有的，也可能是測試過程引起的(如自動測量設(shè)備中的一臺儀器不能生成的測量結(jié)果)，還可能是封裝過程引入的，這些測試恰恰不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)控制且不能被測量?；€用于建立給定晶圓或批次的動態(tài)PAT門限。例如，在一塊含有1,000塊裸片的晶圓上，100塊典型裸片構(gòu)成的基線就是這塊晶圓恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)取樣值。一旦達(dá)到基線，在動態(tài)PAT門限應(yīng)用于實(shí)時環(huán)境前就需要執(zhí)行幾項(xiàng)重要任務(wù)。要對每個被選測試進(jìn)行常態(tài)檢查。如果數(shù)據(jù)正常分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差就要采用“標(biāo)準(zhǔn)”方法計(jì)算；但是如果數(shù)據(jù)分布不正常，就要采用“魯棒”方法來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。每個被選測試的動態(tài)PAT門限必須被計(jì)算并存儲在存儲器中以用于隨后的測試。初的LSL和USL保持不變，并依據(jù)初測試程序被用于檢測測試故障。對被選測試基線異常值進(jìn)行計(jì)算。在探測中，要保存X-Y坐標(biāo)以便在晶圓制做結(jié)束后進(jìn)行處理。在封裝測試中，基線器件被分選進(jìn)基線箱。如果檢測到基線中的異常值，那么就要識別出這些器件以便重新測試。達(dá)到基線后，對每個被選測試進(jìn)行動態(tài)PAT門限檢查，并對每個器件進(jìn)行實(shí)時裝箱。那些不符合PAT門限的器件落入一個獨(dú)特的“異常值”軟件或硬件箱，該箱會將它們識別為PAT異常值器件以待進(jìn)行后測試。實(shí)時系統(tǒng)中的部分是器件被測時具有實(shí)時處理反饋的功能，觸發(fā)動作并向工作人員發(fā)警報(bào)信號。例如，如果基線中的異常值總量超過用戶輸入的門限，觸發(fā)器就會被激活，并向測試工作人員發(fā)出警報(bào)，以對封裝測試時基線裝箱零件進(jìn)行重新測試。在實(shí)時環(huán)境中，生產(chǎn)批次被運(yùn)行后，統(tǒng)計(jì)基線中的異常值必須進(jìn)行后處理。在SPP環(huán)境中這不是問題，因?yàn)檎麄€數(shù)據(jù)塊是在生