PCM參數(shù)在圓片制造中的影響

朱春燕

摘要在集成電路圓片的生產(chǎn)制造過程中，產(chǎn)品線通常會(huì)采取一些方法來監(jiān)控生產(chǎn)過程以確保產(chǎn)品的合格率，對這個(gè)過程的控制監(jiān)控簡稱PCM。監(jiān)控PCM的參數(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，如果對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)改進(jìn)，那么對于提高產(chǎn)品成品率和可靠性是一種比較有效的手段。產(chǎn)品的成品率在理想的情況下決定了一種工藝的缺陷密度，工藝波動(dòng)造成的某些PCM參數(shù)的離散往往是影響成品率的主要因素。所以產(chǎn)品的可靠性和PCM參數(shù)的設(shè)置，以及PCM參數(shù)漂移有著極為密切的關(guān)系。

關(guān)鍵詞圓片；成品率；PCM；參數(shù)

中圖分類號(hào)：TN304 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）11-0199-01

PCM就是通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中的漂移來確保工藝穩(wěn)定性。它不僅僅用于工藝控制和監(jiān)視，而且還是工藝和設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系橋梁。盡管當(dāng)今的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)器件模型參數(shù)，但沒有PCM參數(shù)更直接，更具有可測性。PCM參數(shù)是產(chǎn)品良率和可靠性的安全線。因此，合理地設(shè)置PCM參數(shù)對于產(chǎn)品來說是十分重要。下面僅僅就公司產(chǎn)品生產(chǎn)中出現(xiàn)的PCM問題，提出一些觀點(diǎn)進(jìn)行討論。

1和PCM參數(shù)相關(guān)的問題

PCM參數(shù)的問題歸納起來，主要是關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置問題，關(guān)鍵參數(shù)上下限的合理設(shè)置，極限參數(shù)的容限以及個(gè)別被遺忘的關(guān)鍵參數(shù)。

1）關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置。

PCM中的關(guān)鍵參數(shù)是專指那些要求嚴(yán)格控制上下限設(shè)置的參數(shù)。如MOS管跨導(dǎo)是否要設(shè)為關(guān)鍵參數(shù)呢？MOS管跨導(dǎo)Gm是MOS晶體管的重要器件參數(shù)，反映柵電壓的變化引起漏電流的變化關(guān)系，被稱為增益因子。和雙極晶體管的放大倍數(shù)相似。對于長溝道器件，Gm和載流子的遷移率μ，柵氧化層厚度Tox，器件尺寸W/L，閾值電壓Vth有如下關(guān)系：

Gm=μεε0 /Tox * W/L*（Vgs-Vth）

由此看來，Gm并不僅僅是一個(gè)工藝參數(shù)，但卻是MOS晶體管的重要器件參數(shù)。它對模擬電路中放大器的增益，導(dǎo)通電阻大小，電路工作點(diǎn)偏置等等都有較大影響。由于和Gm相關(guān)的一些工藝參數(shù)，如柵氧化層厚度Tox、器件尺寸W/L等參數(shù)在5個(gè)PCM的關(guān)鍵測試點(diǎn)不能得到實(shí)際的數(shù)據(jù)，因此Gm就成了人們必看的非關(guān)鍵參數(shù)了。

另一方面，如果Gm變化不大，人們也就不那么關(guān)心，但在實(shí)際情況中這個(gè)參數(shù)的變化還是很大的。這樣大的擺幅，從產(chǎn)品的良率方面考慮也必須要控制了。

2）PCM關(guān)鍵參數(shù)上下限的合理設(shè)置。PCM參數(shù)上下限設(shè)置主要依據(jù)是產(chǎn)品自身的需求和工藝能達(dá)到的范圍。前者是由設(shè)計(jì)決定的，后者是工藝跟據(jù)參數(shù)分布，由3σ區(qū)間決定的。它和設(shè)備，工藝技術(shù)等因素有關(guān)。通常往往二者之間有矛盾，這就是平時(shí)經(jīng)常講的設(shè)計(jì)和工藝不匹配。設(shè)計(jì)給出的窗口通常小于工藝窗口。

研究了公司里一些產(chǎn)品的PCM參數(shù)項(xiàng)，得出以下結(jié)論：

①輕重不同地存在和PCM參數(shù)相關(guān)的失效項(xiàng)。引起產(chǎn)品失效的PCM參數(shù)比較集中，其中Repisp 4個(gè)品種，Rir 2個(gè)品種，RsHPL 4個(gè)品種，Rnwell 1個(gè)品種，VtDP 5個(gè)品種。它們在電路功能方面涉及電路功能起動(dòng)，恒流源偏置以及參考電壓的參考源。由此可見，電路出現(xiàn)的功能和性能的失效，多半是因?yàn)橐恍┗镜碾娐凡荒苷９ぷ髟斐傻摹?/p>

②某些工藝PCM 參數(shù)上下限設(shè)定不夠合理，如VtDP 0-0.6 V。0.1 V以下的區(qū)間對電路來說沒有什么意義，因?yàn)橥▽?dǎo)電流很低電路難穩(wěn)定工作。同一片上的VtDP波動(dòng)有可能使耗盡管變?yōu)樵鰪?qiáng)管，造成電路不工作。另外既然電路設(shè)計(jì)選定VtDP作為參考電壓的參考源，工藝上就得嚴(yán)格控制，通常±0.2 V是閾值電壓的一般控制范圍。因此，0.15-0.55 V是應(yīng)該做到的。

③多晶高阻RsHP和Repisp工藝確實(shí)難控制，可適當(dāng)放寬范圍，但寬范圍是設(shè)計(jì)無法適應(yīng)。因此，有效的方法是：設(shè)計(jì)應(yīng)向中心值靠攏，不能1個(gè)產(chǎn)品1個(gè)范圍。

3）極限參數(shù)的設(shè)置余量。差不多每個(gè)電路都會(huì)規(guī)定一些極項(xiàng)參數(shù)，比如最高極限電壓，端口最高電壓，最大功耗等等。所有這些，最終都會(huì)落實(shí)到PCM的某些參數(shù)上。比如公司里某個(gè)產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)高壓漏電，為了降低失效率，需在20 V下檢測功率管漏電。但這又和功率管的擊穿電壓的高低與軟硬有關(guān)。PCM規(guī)定最小擊穿電壓是22 V，而且是在1 μA測試。而功率管在80nA下測試。PCM檢測的又是小尺寸的器件，大尺寸時(shí)擊穿電壓還要下降。如果再碰上軟擊穿，情況會(huì)更糟。

4）被遺漏的關(guān)鍵參數(shù)。MOS晶體管的λ參數(shù)是一個(gè)十分重要的模型參數(shù)，對于模擬電路來說此參數(shù)更為重要，它直接關(guān)系到恒流源內(nèi)阻大小，放大器增益高低。因此必須要關(guān)心到這個(gè)參數(shù)，但在現(xiàn)有的PCM中不存在，所以需要增加。

2如何解決PCM參數(shù)存在的問題

上面提及的PCM參數(shù)的有關(guān)問題除了設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口不匹配的問題外，其他三個(gè)問題比較好解決的。剩下的問題是如何解決設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。解決方案從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手考慮，再適當(dāng)輔以權(quán)宜政策。

1）工藝方面：

①完善PCM參數(shù)設(shè)置，遺漏的補(bǔ)設(shè)。關(guān)鍵參數(shù)也要設(shè)置完善。

②合理設(shè)計(jì)PCM上下限，應(yīng)按工藝線水準(zhǔn)，充分考慮用戶需求。

③工藝波動(dòng)應(yīng)在中值線附近上下波動(dòng)。

2）設(shè)計(jì)方面：

①設(shè)計(jì)的窗口中心值應(yīng)盡可能靠近工藝的窗口中心值。

②設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初時(shí)就應(yīng)充分優(yōu)化電路，給出主要PCM的關(guān)鍵參數(shù)窗口。力爭在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就解決好產(chǎn)品的設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。

③產(chǎn)品釋放前完成邊緣批的驗(yàn)證，邊緣批次的產(chǎn)品能較早地發(fā)現(xiàn)一些存在的問題。

3）對已投產(chǎn)的某些產(chǎn)品如果出現(xiàn)PCM的設(shè)計(jì)和工藝不匹配情況，原則上講，應(yīng)該設(shè)計(jì)適應(yīng)工藝。如果出現(xiàn)不匹配情況，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。但由于修改周期長，因此在新設(shè)計(jì)未完成前，為了提高效率，工藝應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。

4）對極個(gè)別產(chǎn)品的某些涉及電路可靠性的參數(shù)，如果遇到設(shè)計(jì)窗口窄而無法和合理的工藝窗口相匹配時(shí)，可將設(shè)計(jì)窗口設(shè)成內(nèi)控規(guī)范，以便及時(shí)報(bào)警，提醒產(chǎn)品工程師小心處置。

3小結(jié)

PCM參數(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的合格率和可靠性問題，涉及公司運(yùn)營成本和客戶信譽(yù)。本文揭示的PCM參數(shù)的問題，絕大多數(shù)屬于設(shè)計(jì)和工藝之間不匹配問題。工藝上合理定義PCM的參數(shù)和規(guī)范，設(shè)計(jì)上應(yīng)充分優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭在設(shè)計(jì)時(shí)就要解決好產(chǎn)品的設(shè)計(jì)窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。對于個(gè)別有偏離的參數(shù)，工藝做適當(dāng)調(diào)整，以補(bǔ)充設(shè)計(jì)不足。但絕對不是工藝可以調(diào)整，設(shè)計(jì)可以無約束，這樣就把優(yōu)勢變成劣勢了。

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