Félvezető szeletek mérési adatainak számítógépes feldolgozása

Félvezető szeletek mérési adatainak számítógépes feldolgozása B O Z S I K K Á R O L Y — SVÁB P É T E R Mikroelektronikai Vállalat

ÖSSZEFOGLALÁS A cikk első részében az integrált áramkörök fejlesztési és gyártási folyamatát vizsgálja a mérés szempontjából. Rávilágít a szeletmérés jelentőségére az önköltség csökkentésében és a fejlesztési folyamat le­ rövidítéseben. Ismertetésre kerül egy szeletmérő rendszer, majd an­ nak alkalmazása egy példán keresztül.

K o r u n k gyors műszaki fejlődésének alapvető feltétele a mikroelektronikai technológia létrejötte és robba­ násszerű térhódítása, amely szoros kapcsolatban áll a méréstechnika fejlődésével. T a l á n legélesebben a k é t terület egymásrautaltsága az integrált á r a m k ö r ö k e t g y á r t ó vállalatoknál jelent­ kezik, ahol az alacsony ár — t e h á t a versenyképes­ ség — elérése a gyártásközi mérések a u t o m a t i z á l á s á t és a mérési adatok számítógépes feldolgozását igényli, különösen az L S I és V L S I t e r m é k e k g y á r t á s a esetén. Monolit integrált á r a m k ö r ö k csipjeinek előállítása során a technológiai műveleteket félvezető szeleteken végzik. A t o v á b b i a k b a n — a teljességre való törekvés nélkül — bemutatjuk a fejlesztés—gyártás folyama­ t á n keresztül a szeletméréssel való szoros kapcsola­ tukat.

A technológia és a mérés kapcsolata Az integrált á r a m k ö r ö k fejlesztése az előzetes specifi­ kációval kezdődik, amely során körvonalazódik a felhasználó által igényelt funkció, paramétersereg és nem utolsósorban a költségtényező. Ez u t ó b b i maga u t á n vonja n é h á n y p a r a m é t e r optimalizálását (minimális fogyasztás, méret, külső alkatrészek szá­ ma stb.). Az á r a m k ö r i tervezés igen körültekintő és szigorú optimalizálási feladat, amelynek során jól kell meg­ választani az integrálható és diszkrét elemekkel megvalósítható funkciók részarányát. Az integrálha­ t ó áramköröknél optimalizálni kell az illesztő, analóg és digitális részek a r á n y á t . N é h á n y kritikus szem­ pontot említünk c s u p á n : á r a m — feszültség — disszi­ p á c i ó t a r t o m á n y , kivezetések száma, és nem utolsó­ sorban csipfelület. A tervezés befejezése u t á n célszerűen felépített diszkrét, 511. számítógépes áramköri modelleken tör­ ténik a k i t ű z ö t t funkciók megvalósulásának ellen­ őrzése. A számítógépes matematikai modellezés futtatási idejét, vagy az integrált á r a m k ö r i elemkész­ letből felépített diszkrét modellek elkészítési idejét és költségeit — adott pontosságú modellezésnél — is Beérkezett: 1984. I X . 5. ( A ) .

10*

BOZSIK

KAROLY

diplomáját 1979-ben sze­ rezte a BME Villamos­ mérnöki Karának hír­ adástechnikai szakán. Az EIVRT, majd a későbbi

MEV félvezető fejlesztési főosztályán gyártmány­ fejlesztő mérnökként dol­ gozik, szakterülete első­ sorban a bipoláris IC fej­ lesztés és mérésfejlesztés.

optimalizálni kell. Különösen a parazita elemek (pl. kapacitások) és csatolások (pl. termikus visszacsato­ lások) figyelembevétele lényeges. Az ellenőrzés u t á n kapott eredmények visszahat­ nak a specifikációra, esetleg az á r a m k ö r teljes újra­ tervezéséhez vezethetnek. A sikeres áramköri tervezés, modellezés u t á n kö­ vetkezik az integrált változat topológiájának meg­ tervezése. Nagy figyelmet kell szentelni az izotermikus elren­ dezésű kritikus alkatrészeknek, hogy az integrált változatnál a lehető legjobb eredményeket kapjuk. Külön említést érdemelnek a fél-felhasználói áram­ körök, amelyek fix elrendezésű integrált elemkészle­ tet (ellenállások, tranzisztorok, logikai kapuk) tar­ talmaznak, és a fémező maszkkal választhatók k i az egyes izotermikusan elhelyezkedő elemek. Mivel ezeknél k ö t ö t t az elrendezés és az elemszám, a csip felületét nem lehet teljes egészében hasznosítani, ezért a fél-felhasználói tervezést siker esetén követheti egy — a felület kihasználását javító — minden maszkra kiterjedő újratervezés. A topológia tervezésekor biztosítani kell az egyes á r a m k ö r i elemek előírt paramétereit (disszipáció, megbízható működési t a r t o m á n y stb.). A topológiai tervezés u t á n elkészülnek az egyes technológiai lépésekhez szükséges maszkok. Termé­ szetesen a maszkokhoz a technológiától függő fotolitográfiai, diffúziós és egyéb berendezések szüksége­ sek, amelyeken a kész maszkok segítségével a fél­ vezető szeleteken elkészíthetők az integrált áram­ körök. Kiforrott, stabil technológia esetén a szelet n é h á n y pontján m é r ő á b r á k a t helyeznek el, amelyeken olyan elrendezések vannak, amik az egyes technológiai lépések p a r a m é t e r e i t elektromos mennyiségekké ala­ kítják, lehetővé téve a korszerű mérésadatgyűjtést és feldolgozást. G y á r t á s esetén az IC-k maszkjaiba léptetik be a m é r ő á b r á k a t , technológiafejlesztés vagy egyéb kísér­ letek alkalmával csak m é r ő á b r á k a t t a r t a l m a z ó sze­ letek készülnek. í g y nem csak a kísérlet paramétereit lehet nagy mennyiségben mérni és statisztikailag felHíradástechnika

XXXVL

évfolyam 1985, 3. szám

dolgozni, hanem á p a r a m é t e r e k szelet felületén való eloszlásáról is értékes információkat n y e r h e t ü n k . J ó felületkihasználású IC-k maszkján is szokott annyi hely maradni, hogy egyszerű mérő s t r u k t ú r á k elhelyezhetők. Ezek közbülső megoldásnak tekint­ hetők a csak m é r ő á b r á t és a n é h á n y m é r ő á b r á t tartal­ mazó elrendezés között. A szelettechnológiai p a r a m é t e r e k elektromos je­ lekké alakításának egyik h á t r á n y a , hogy csak a szelet elkészülte u t á n — a fémezett kivezető felületek (tappancsok) segítségével — mérhetők. E z é r t szük­ séges olyan — szeletméréssel összekapcsolt — szá­ mítógépes adatfeldolgozó rendszer alkalmazása, amely az egyes technológiai lépések elvégzésének feltételeit (pl. koncentráció, idő, hőmérséklet, nyo­ m á s , porszint) is rögzíti [1]. Egy ilyen rendszer az IC-k és a m é r ő á b r á k szelet­ mérési adatait figyelembe véve az egyes p a r a m é t e r e k és a kihozatal közötti összefüggések felderítését lehetővé teszi, valamint az információ visszacsatolá­ sával a kihozatal optimalizálását, a p a r a m é t e r e k stabilitásának biztosítását is jól szolgálja. A rendszer gazdaságosságát még fokozhatjuk, ha az adatok közé a közvetlenül elektromos jelekké nem á t a l a k í t ­ h a t ó paramétereket is bevesszük. A t o v á b b i a k b a n az ilyen technológiai folyamat szabályozó és irányító adatfeldolgozó rendszerrel nem k í v á n u n k foglalkozni, figyelmünket az integrált á r a m k ö r ö k mérésére, elsődlegesen a szeletmérésre összpontosítjuk. Az IC fejlesztése során elsődleges feladat a maszk­ nak — az integrált á r a m k ö r működésének — az ellenőrzése. Ehhez a szeletmérő mechanikához meg­ felelő m é r ő a u t o m a t á t csatlakoztatunk, amely a m é r ő k á r t y á n és tűkoszorún keresztül minden egyes csipet lemér. A mérés fejlesztési szakaszában a mo­ dellezés eredményeként kapott p a r a m é t e r e k az el­ sődlegesek. Ekkor még t á g mérési h a t á r o k k ö z ö t t történik a válogatás. A maszk hibáinak felderítésére a csip belső pontjain is szükségessé v á l h a t mérést végezni. Maszkhibák a tervezés és g y á r t á s során kelet­ kezhetnek, amelyek behatárolását h a t á s o s a n segít­ heti elő a szeletmérő rendszer. A funkcionális m ű k ö d é s t elrontó véletlenszerű h i b á k közül a kristályhibákat, porszemek által oko­ zott fotolitográfiai h i b á k a t és a fémezés hibáit em­ lítjük meg [2]. A j ó szeletmérési kihozatal érdekében meg kell határozni az egyes p a r a m é t e r e k mérési h a t á r a i t ú g y , hogy valamennyi m ű k ö d ő elem k i legyen választva. E b b ő l a célból a szelet valamennyi elemét lemérjük, és a mérési eredményeket hisztogramok formájában kiértékelve m e g h a t á r o z h a t ó az egyes p a r a m é t e r e k értékeinek eloszlása és szórása. Az egy szeleten m é r t szórás a szelettechnológia homogenitását, míg a sok szeleten hosszabb időintervallumban regisztrált para­ m é t e r átlagok és szórások értéke a stabilitást jellemzi. A mérési h a t á r o k a t ú g y kell optimalizálni, hogy adott szelettechnológiai p a r a m é t e r t ű r é s b e t a r t á s a esetén a szeletmérési kihozatal optimális legyen. Amennyiben egy vagy t ö b b p a r a m é t e r nem teljesíti a specifikációt — állandó technológiai feltételek mellett —, a maszk egyes elemeinek értékváltozta­ tása, esetleg újratervezése következik. Híradástechnika

XXXVI.

évfolyam 1985. 3. szám

SVÁB

PÉTER

1980-ban szerzett diplo­ mát a BME Villamos­ mérnöki Karának hír­ adástechnika szakán, majd az EIVRT félvezető fejlesztési főosztályán helyezkedett el, miközben folytatta tanulmányait az

egyetem nappali szak­ mérnöki tagozatán. Szak­ mérnöki diplomát 1983ban szerzett, szakterülete a szeletmérés adatainak feldolgozása. Jelenleg a ME V analóg mérésfej­ lesztési osztályán dolgo­ zik.

R i t k á b b esetben a kritikus elemek külső elemként való csatlakoztatásához vezethet. J ó á r a m k ö r i modellezés alapján a szűk toleranciájú alkatrészeket eleve külső elemként tervezik, korszerű technológia esetén pedig a szelet felületén utólag kapnak értékbeállítást p l . lézersugárral, amellyel igen kis p a r a m é t e r t ű r é s t is jó kihozatallal lehet ga­ rantálni. Egyes p a r a m é t e r e k megkövetelhetik a technológia fejlesztését, ami hosszadalmas és költsé­ ges, így csak nagy sorozat esetén gazdaságos. Amennyiben a szeletmérés során az egyes csipek síkbeli helyét is p a r a m é t e r k é n t tekintjük, lehetővé válik a p a r a m é t e r e k szelet felületén való eloszlásá­ nak vizsgálata, ami a technológia inhomogenitási hibáinak felderítésére is h a s z n á l h a t ó (a mérőábrás szeletek mellett), amennyiben az egyes á r a m k ö r i p a r a m é t e r e k kapcsolatban állnak a technológiai paraméterekkel. Az elemek szétválogatását szolgáló festékponttal való megjelölés helyett az egyes szűk p a r a m é t e r ű elemek számítógép segítségével kiemelhetők a csipek egymástól való elválasztása u t á n . A mérési eredmé­ nyek hisztrogramjai lehetőséget n y ú j t a n a k a n o r m á ­ lis gyártási szórásnál szűkebb mérési h a t á r o k esetén a kihozatal meghatározására, így válogatással is előre kalkulálható az árnövekedés [3]. Különösen a fejlesztés során szükséges az egyes p a r a m é t e r e k hőmérséklet-függésének — az IC m ű ­ ködőképességének h ő m é r s é k l e t - t a r t o m á n y a — meg­ határozása. Egyes esetekbeD az IC-ben levő hőmér­ séklet mérő kapcsolások működésének ellenőrzésére, beállítására is szükség van. A dinamikus p a r a m é t e r e k specifikációja szükséges­ sé teszi lehetőség szerint minél t ö b b dinamikus para­ m é t e r szeleten t ö r t é n ő — gyakran a hőmérséklet függvényében — mérését, beállítását. Ha a csipek jellemzői elérték a v á r t értékeket, a fejlesztés a szerelés-tokozás műveletével folytatódik. Mivel á l t a l á b a n nem minden p a r a m é t e r mérhető szelet alakban, gyakran a fejlesztés is igényel tokozott áramköröket.

105

A szerelés, tokozás során keletkező hibás (szakadt, zárlatos), vagy m e g v á l t o z o t t p a r a m é t e r ű IC-k k i ­ válogatása a készáru mérés folyamán történik. A kész integrált á r a m k ö r ö k a megbízhatósági vizs­ g á l a t o k r a kerülnek, ahol előírt feltételek (klíma, h ő ­ mérséklet stb.) k ö z ö t t vizsgálják a p a r a m é t e r e k vál­ tozását. Megfelelő eredmények esetén ezer—tízezer darabos kísérleti g y á r t á s t indítanak. A kísérleti g y á r t á s célja a beállított értékek reprodukálhatósá­ g á n a k vizsgálata és a j ó kihozatalú g y á r t á s n a k a bi­ zonyítása. A g y á r t á s m á r csak mennyiségileg t é r el a kísérleti g y á r t á s t ó l , azonos és állandó technológiát feltételezve a fejlesztéssel és kísérleti gyártással. A g y á r t á s során a szeletek és a készáru mérése a fej­ lesztés során m e g h a t á r o z o t t h a t á r o k r a történik, a k i ­ dolgozott mérési elvek szerint. A szerelés és tokozás költséghányada a készter­ mékben magas, ezért fontos, hogy a szeletmérés lehe­ tőleg minden előírt p a r a m é t e r r e terjedjen k i . A szeletmérő rendszerrel szemben támasztott követelmények Az előzőekben l á t h a t t u k , milyen fontos szerepet j á t ­ szik az IC-gyártás f o l y a m a t á b a n a mérés, különösen a szeletmérés. A t o v á b b i a k b a n azt vizsgáljuk, milyen igényeket kell t á m a s z t a n u n k a mérőrendszerrel szemben, hogy az h a t é k o n y a n szolgálhassa a fejlesztést és a gyár­ t á s t [4], majd példaképpen bemutatunk egy rend­ szert, amelyet m á r hosszabb ideje sikerrel használunk a kihozatal és a minőség j a v í t á s á b a n és a tervezési folyamat lerövidítésében. A félvezető eszközök tömeggyártása elkerülhetet­ lenül m a g á v a l hozta a mérés a u t o m a t i z á l á s á t - meg­ teremtette az automatikus mérőberendezések i p a r á t és piacát [5]. Az egy csipen integrált funkciók egyre összetetteb­ bek lettek, aminek természetes következménye volt, hogy a mérőberendezések is mind gyorsabbá és sok­ o l d a l ú b b a k k á v á l t a k . A mérések olyan sok adatot eredményeztek, hogy azok feldolgozása kézzel m á r nem lehetséges. í g y természetes, hogy ma m á r az automatikus mérőberendezések számítógéppel vezé­ reltek, és az adatok redukcióját szintén számítógép (gyakran ugyanaz) végzi. Az 1. ábrán egy tipikus mérőrendszert l á t h a t u n k , amely mind készáru, mind félvezető szeletek mérésére alkalmas.

s

HÁTTÉRTÁROLÓ

2

-M 1 T 0 TERMINÁL

"l h

E P

M. E B 0 A U T 0 M A T A

ÍEZ3 1. ábra. Szelet és készáru mérésére alkalmas mérő­ berendezés felépítése

106

A t o v á b b i a k b a n csupán az adatfeldolgozás problé­ májával foglalkozunk, azt is a g y á r t ó szemszögéből vizsgálva. A z t kell t e h á t szem előtt tartanunk, az adatkompressziós számítógép és programcsomag ho­ gyan segíti elő 1. az IC technológia homogenitásának ellenőrzé­ sét; 2. az IC technológia stabilitásának vizsgálatát; 3. az esetleges technológiai vagy konstrukciós hibák b e h a t á r o l á s á t ; 4. a kihozatal optimalizálását. Az előzőekben l á t t u k , hogy minderre a szeletmérés a legalkalmasabb, hiszen a m é r t paraméterek hely szerinti eloszlása értékes információkat n y ú j t h a t , amely a csipek egymástól történő elválasztása u t á n véglegesen elvész. Vizsgáljuk meg az előző szempontok alapján, m i ­ lyen igényeket kell t á m a s z t a n u n k a szeletmérés ada­ tainak feldolgozásával szemben [6, 7]! 1. Az integrált á r a m k ö r ö k gyártási folyamatának stabilitását rövid és hosszú t á v o n is vizsgálnunk kell. Az előző többnyire az egyes típusok szeletmérési adatainak statisztikus analízisével, míg a második i n k á b b a tesztábrákon végzett mérések alapján m i ­ nősíthető. Mindkettő feltételezi, hogy a számítógép nagy kapacitású, gyors háttértárolóval, valamint a statisztikus analízist h a t é k o n y a n elősegítő program­ csomaggal rendelkezik. 2. Az esetleges technológiai hibák behatárolását egyrészt a paraméterek részletes statisztikus analízi­ sével, másrészt a paraméterek és hibás csipek hely szerinti eloszlásának vizsgálatával végezhetjük (pl. maszk illesztetlenségi problémák, kezelési hiányossá­ gok, egyenetlen diffúziós gáztér stb.). A konstrukciós hiányosságok behatárolását is elő­ segítik a statisztikus vizsgálatok, de a rendszert al­ kalmas berendezéssel kiegészítve (amely lehetővé teszi az IC belső pontjain történő méréseket) a szelet­ mérés során a diszkrét áramkörök „belövésénél" megszokott módszereket is alkalmazhatjuk. í g y a fej­ lesztési folyamatot nagy mértékben le lehet rövidí­ teni, ami különösen a berendezésorientált áramkörök tervezésénél fontos. 3. A kihozatal optimalizálása többnyire a specifi­ kációs és gyártási toleranciák illesztésével történik [8]. Ehhez szintén alapvető kiindulásul kell, hogy szolgáljon a m é r t paraméterek részletes statisztikus analízise. Vázlatosan összefoglalva az előző gondolatokat, a félvezető szeletmérés adatainak feldolgozását végző számítógéppel és programcsomaggal szemben a kö­ vetkező igényeket kell t á m a s z t a n u n k : 1. A számítógép álljon „on-line" kapcsolatban a m é r ő a u t o m a t á v a l , rendelkezzen nagy kapacitá­ sú és gyors háttértárolóval, grafikus terminállal. 2. A programcsomag használata egyszerű legyen, tegye lehetővé a p a r a m é t e r e k részletes statiszti­ kus analízisét, a szeleten történő hely szerinti eloszlásának megjelenítését. 3. A berendezés az adatokat a felhasználó számára gyorsan és k ö n n y e n á t t e k i n t h e t ő formában bo­ csássa rendelkezésére. Híradástechnika

XXXVI.

évfolyam 1985. 3. szám

A MEV-ben kifejlesztett és alkalmazott szeletmérő rendszer

MÁGNESSZALA­ GOS HÁTTÉRTÁROLÓ

MÁGNESLEME­ ZES HÁTTÉRTÁROLÓ

A megelőző fejezetekben összefoglaltuk a szelet­ mérés főbb követelményeit, a rendszerrel szemben t á m a s z t o t t igényeket, amelyeket figyelembe v e t t ü n k az adatfeldolgozó számítógép hardver és szoftver kialakításakor. A 2. ábra a MEV-ben alkalmazott rendszer felépítésének v á z l a t á t mutatja. L á t h a t ó , hogy az adatok kiértékelését és dokumen­ t á l á s á t színes grafikus display, n y o m t a t ó és plotter segíti. A rendszer interaktív, a külvilággal az alfa­ numerikus terminál segítségével k o m m u n i k á l . Szá­ mítógépként bármilyen nagy memóriakapacitású általános célú számítógép vagy mikrogép megfelel — amely képes kezelni a szükséges perifériákat is —, hiszen speciális igényeket csupán a szoftverrel szem­ ben kell t á m a s z t a n u n k , így a t o v á b b i a k b a n erről szólunk részletesebben. Az adatok kiértékelésének folyamatát h á r o m szint­ re bontottuk:

v

2

MÉRÓ

RAJZOLÓ MIKROSZÁMÍTÓGÉP NYOMTATÓ

ALFANUMERI­ KUS DISPLAY

ISZINES GRA­ FIKUS Dl SPLAY IH17-2I

2. ábra. A MEV-ben alkalmazott szeletmérő rendszer

1. gyors, á t t e k i n t ő jellegű statisztikus vizsgálat; 2. részletes statisztikai analízis; 3. hely szerinti p a r a m é t e r - és hibaeloszlás-vizsgá­ lat. Az 1. többnyire a technológiai stabilitás vizsgála­ t á r a szolgál, míg a 2., 3. fontos szerepet játszik a különböző hiányosságok okainak felderítésében. M i n d h á r o m esetben lényeges, hogy a vizsgálatokat az adatok — tetszőlegesen megválasztott — rész­ halmazain is elvégezhessük, hiszen pl. a széleken, hibás csipeken vagy t e s z t á b r á k o n végzett mérések eredményei a számításokat teljesen m e g h a m i s í t a n á k . Az általunk h a s z n á l t program ezt ú g y teszi lehe­ t ő v é , hogy a mérések tetszőleges halmazára feltétele­ ket lehet megadni, amely feltételek teljesülése esetén lesz csak az adott csip része a számítások elvégzésé­ hez bázisul szolgáló adathalmaznak. ( í g y p l . m ó d van kizárni azokat a csipeket, amelyek esetén az i z , . . . , i sorszámú mérés valamelyike valamilyen feltételt nem elégít k i . ) A t o v á b b i a k b a n mindezt egy k o n k r é t példán ke­ resztül mutatjuk be.

SZELET-

•• H M M *

í

>»

* * • • • « » •

> it«>tii

:<

T!

i

* * » « « « • >i •t* *»»«»«'.•«

*

*« *• * • • »••••

Ww'

.* * K « « k * m * BMMI tKt n $$ M ÜÜ wm i « i «» mm mmmmtmtmlt >*»** » a m I t é M H i • * » •

«. &&&&

. >• «

«*•«»*

*

AH

*

»»«#»»*«*«

•* i *

* «

m

W

« • • • • •

3. ábra. Oxid-letörési szelettérkép

n

A szeletmérő rendszer alkalmazása A technológia homogenitásának

ellenőrzése

M i n t m á r elmondtuk, a technológia homogenitásának vizsgálatára különböző tesztszeleteket is szoktak al­ kalmazni, azonban gyakran a g y á r t á s b a n levő szelet lényegesen egyszerűbb (és főleg olcsóbb) erre a célra — ha a m é r t adatok hely szerinti eloszlásának gyors ábrázolása egyszerűen lehetséges. Az általunk alkalmazott rendszer erre egy színes grafikus display segítségével ad módot, ahol a külön­ böző t a r t o m á n y o k a t különböző színek ábrázolják — így gyakran első pillantásra feltűnővé téve m á s mód­ szerrel igen nehezen felderíthető h i b á k a t is. A 3. ábrán egy szelet oxid letörésének hely szerinti változását láthatjuk. H a b á r a nyomdatechnika nem tette lehetővé a színes szelettérkép b e m u t a t á s á t , fekete-fehérben is l á t h a t ó , hogy jól elkülöníthető, Híradástechnika

XXXVI.

évfolyam 1985. 3. szám

különböző letörési feszültségű területek vannak a szeleten (pl. a széleken a letörési feszültség alacso­ nyabb). (A valóságban természetesen az egyes színek paraméter-intervallum értéke is leolvasható a displayről, i t t — mivel a színek fekete-fehérben nem különböztethetők jól meg — a fényképről ezt lehagy­ tuk.) A különböző p a r a m é t e r ű t a r t o m á n y o k b e h a t á r o ­ lása leggyakrabban az okokat is felfedi (maszkelülesztés [9], gondatlan kezelés, rossz diffúziós gáz­ áramlás). A technológia stabilitásának

ellenőrzése

Szeletmérő rendszerünk a technológia stabilitásának ellenőrzését a statisztikai számítások gyors elvégzésé­ vel segíti elő. Az egyes szeletek lemérése u t á n n é h á n y perc alatt elkészíti a m é r t adatok átlag, szórás t á b ­ l á z a t á t (4. ábra), amit az előző szeletek hasonló t á b ­ lázataival összehasonlítva percek alatt ellenőrizhető, hogy a technológiai k ö r ü l m é n y e k nem v á l t o z t a k - e meg. Amennyiben ez a vizsgálat h i b á t jelez, annak be­ határolásához részletesebb analízis szükséges.

107

6. SZ./2.

1984. 81. 19.

KIHOZftTflL MINIMUM MAXIMUM ÁTLAG SZOSflS

MERES

91.66* SS. Síi /» 90.03* 98.62* 98.62* 98.62* 98.92% 98.92* 98.92* 91.87*

1..-ÜÍ/2B (V ) 2.:U2/28 (V ) 3.:U3/28 (V ) 4.:U4/28 (V ) 5. ÍÍS/2B (V ) 6. ÜJ6/28
03.82 83.72 83.66 03.64 03.68 03.58 03.56 03.54 03.54 83.58

DB. W

88.88 88.88 88.82 88.88 88.88 88.82 88.82 88.88 88.88

82.28 02.16 02.14 02.12 02.12 02.18 02.10 02.88 02.88 02.88

OXID LETÖRÉS

6. SZ./2.

00.94 88.88 80.86 80.88 80.84 88.84 88.82 08.84 08.82 88.38

( 01. Sí ! < 81.8(! ( 81.05! ( 81.8ÍI C 81.3í! ( 81.81! C 21.2Í9 ) <í 81.8i 81. \ ( 81. ÍS!

m

08 06 08 88 08 08 08 08 08 08

00) 00) 08) 88) 08) 08) 80) 08)

1984. 81. 13.

18

KERESEK SZAHfi:

INTERVALLUMOK SZflfífl=

LEMERT CHIPEK SZAKft: 673

8 0 0 13 **** 58 *********** 132 46 *************** 6 ** 5 * . 3 * « 4 6 ** 225 105 ••>

~ 7 36 16 9

* * * * * * * * *J*nfi***t:***JW**^^

*+

************

**¥**

- S-

***

flZftDOTTHftTflROKRft (-08.38 - 04.52 ) SZAKÍTOTT

KIHOZftTfiL=

188 *

673 DB

8TLftG= 81.98 ,

• • 1»

••••••*

(•• • • •

• * I • 1 • • • • • • •

•

• •••• • •I • I *•• I • > • • I • ••• K I I I I • « « • « • •

4 *

•

I -

•

•

•• •• •• ••• • • • • • • «

• • • • • • • • • • • U S•**••< ti • • • •• • • • • • I *• ! • • • • • t «• • • • • • • • I I * I l l l l l ••••14 • • •I I I c • • < • ••« > • • • • • • I • • • • • • •• i • • • • • • • * •• •• *I *l •i *t • • • •• • • • • • • * • • * • • • • • • • • • • • I •( •• •• •• •• •• • »«• • • • • • • • • • • • • « •

• •••

•••••••i

• • • ••••••••« • i i • •*• • * • • • • • • • • • • • •

I

»I»

••••••••••a • • I I I I I I I •••••••••••ii

• • • • • • • • • • • • • • •

• • • •

• • • •

• • • •

• • • •

• • • •

• • • •

• • • •

I * • •

•••••>••••••

IllMip

• • • • « • • • • • I I I I I

•

M I * • • • • • I I

•*••••••••«••t•• •••••••*•••••*•• • I I I I I M I I I I I I I I I ••••••••••••••••t •••••••••*••••••• iii«*iit*t*ii»sa»* ••••«••••••••••••• ••••*••••••••••••* •••••••••••••••••a:

108

I

• • • • • • I

•••• • ••••• a • • • « • • • • • • •••• ••«• ••••••••• • • • • • • • a • ••i> • • • • t • • • • • • a a a•* a a a • • • * • • • • < • • • • • • ••••• n o ••••••• a

i

•

»

•••

• • •• • •• • •• ••• ••• ••> • • • • •• • •• • •• •• • • * • « » • • * * « • i a* ai>••••••••t»»*>*»**•»«**»•*

• • • • • • • • • • • • • • • a •••• •••••••••ti»•••>•!••••• a • • • •••••• ••••••••• • •••••• ••••••• •• • • • • • • > • • • • • • • • • • • ••• • • • • • • •

IHlTrtd 6. ábra. Oxid-letörési szelettérkép — a kezelési terület

SZQRftS= 81.88

ÍHÍ7-S

5. ábra. Oxid-letörési hisztogram

•••

28

3 BB/ÖSZTftS

2 . : U2/2B V 84.38 84.26 84.82 83.78 83.54 83.38 83.86 ?2.82 82.58 82.34 82. ie 81.86 < 81.62 81.38 81.14 80.98 80.66 80.42 88.18 -80.26

4. ábra. Átlag, szórás táblázat

OXID LETÖRÉS

irir^TI 7. ábra. Oxid-letörési szelettérkép — a szelet szélső területe Híradástechnika

XXXVI.

évfolyam 1985. 3. szám

szerű és egyértelmű, de legtöbbször a szelettérkép jelentősen m e g k ö n n y í t i a technológusok feladatát. A kihozatal

A kihozatal optimalizálása a gyártási és specifikációs toleranciák illesztését (középpontosítását) igényli, amelyhez természetesen elsődleges feladat ismerni a g y á r t á s szórását és a p a r a m é t e r e k eloszlását. Ehhez a rendszer által felrajzolt hisztogramok n y ú j t a n a k nagy segítséget (5. ábra).

•»c«lt*a**(liii***» < II « ( * * • >f I f * • * » • » « »« i • *«» i i • I* •

«

t

**••••* * * * *• «•* * « > * • *»*«•** * • * * • «*« * * * * * ******* « < • * ** • • • •* • a• * *. • ••*« • • • • *

'í-i

* •* • * * tmmmm• a • • * • ••• ••« • 11 ** S•SS• íí•«*»• Í8 » 3! « • *• »* < • • • • •• • * « » » . » * * * •*• • * « • *«•*> * i *« • • • * • * * * « • II• • * • • •• • • - » « * » • * * » « » **»««« • > • • * • • ( » • • $ $ 38 8 * * t * 8 8 SS • •• •t u t i • • t • • • • »«• t ii

< • i *

• *•*

***•

* * « •• •**

• •

•• *

*••** • • » • • • • • * * #}* t • * *'J • t *«**• • t • • •••ff « * *11111 • »•» «»* H U - i t « « « « I l i t t < » n I t M M • « > • t * *•

« < i a • I * ( ( f • »« • * <•« MII • li. l l « l >•*

•• •

» • » •

g • * » 5 «

* .* * í? I £ $ s $

****

^mmmmmmmmmmmmmmm

I

t *«•*••**•] ••••• *••:

WF5,

8. ábra. Oxid-letörési szelettérkép — a szelet belső területe

Technológiai

hibakeresés

A technológia hiányosságainak felderítése meglehető­ sen körülményes és drága feladat, amit r á a d á s u l gyorsan kell végezni, hiszen minden időveszteség t o v á b b i selejtet — t e h á t önköltség-növekedést — okoz. H a valamilyen hiba jelentkezik a g y á r t á s b a n levő szeleten vagy tesztszeleten, célszerű a vizsgálatot a m é r t paraméterek empirikus sűrűségfüggvényeinek vizsgálatával (hisztogram) kezdeni. Az 5. ábra egy oxid-letörést ellenőrző tesztszelet hisztogramját mutatja. Első látásra meglepőnek t ű n i k , hogy a görbének h á r o m „ p ú p j a " van, azaz h á r o m érték körül csoportosul a statisztikus sokaság. Ennek oka nem lenne kideríthető, ha nem vizsgál­ n á n k meg a p a r a m é t e r e k hely szerinti eloszlását, mégpedig m i n d h á r o m „púpot*' külön-külön. A meg­ felelő intervallumokat a hisztogramon nyilak jelölik, amelyeken kívül eső értéket a szelettérképen piros (fekete-fehérben a legsötétebb árnyalat) jelöli. A 6. ábrán l á t h a t ó a 0...0,9, a 7. ábrán a 0,9...2,1, a 8. ábrán a 2,1.. .4,5 mérési h a t á r o k h o z tartozó érték, amelyekből k ö n n y e n kitűnik, hogy a legalacsonyabb letörési feszültség a kezelési területen jelentkezik, a széleken valamivel magasabb és csupán a fél szelet közepén megfelelő az értéke, ahol azonban még egyéb — pontszerű — h i b á k is jelentkeznek. Sajnos a vizsgálat nem minden esetben ilyen egy-

Híradástechnika

XXXVI.

évfolyam

1985. 3. szám

optimalizálása

Összefoglalás Az előzőekben á t t e k i n t e t t ü k vázlatosan az lC-fejlesztés és g y á r t á s folyamatát, és l á t h a t t u k , hogy a m é ­ résnek — de különösen a szeletmérésnek — a jelen­ tősége meghatározó a gazdaságosságban és a minő­ ségben. A t o v á b b i a k b a n a szeletmérést vizsgáltuk az adatkiértékelés szempontjából, majd bemutattuk a MEV-ben alkalmazott szeletmérő adatfeldolgozó számítógépet. Természetesen nem lehet azt állítani, hogy a szelet­ mérés adatainak kiértékelése egy csapásra megoldaná meglevő technológiai problémáink nagy részét, való­ színű azonban, hogy szerepet j á t s z h a t mind a gazda­ sági, mind a műszaki tervezésben, de legfőképpen a selejt elleni küzdelemben.

IRODALOM [1] C. H. Stapper: L S I yield modeling and process monitoring. I B M J., pp. 228—234, May, 1976. [2] T. Yanagawa: Yield degradation of IC-s due t o spot defects. I E E E Trans. on Electron Dev., pp. 190-197., Feb. 1972. [3] M. R. Gulett: A practical method of predicting IC yields. Semicond. International, pp. 87 — 94, March 1981. [4] T. Goto, N. Manabe: How Japanese manufacturers achieve high IC reliability, Electronics, pp. 140— 146, March 1980. [5] J. D. Hutcheson: Semiconductor testing requirements i n the 1980s. Solid-State Technology, pp. 133-137, Aug. 1980. [6] J. M. Charles, M. W. Lantz: Applications of high speed data acquisition for semiconductor device yield analysis — I . Solid-State Technology, pp. 119 — 121. March 1982. [7] J. M. Charles, M. W. Lantz: Applications of high speed data acquisition for semiconductor device yield analysis — I I . Solid-State Technology, pp. 247-250, Apr. 1982. [8] Gefferth L . : Elektronikus áramkörök gyártási selejtjének csökkentése. Híradástechnika, 1982. aug. [9] C. S. Kim, W. E. Ham:. Yield area analyzis; part I I , RCA Review, pp. 565-577, Dec 1978,

109