晶圆的可靠性测试

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如今的技术要求需要既精确又经济。迄今...晶圆级的可靠性测试：省钱又省时27137减小字体增大字体作者：Fiona Kemp, SUSS
MicroTec Test Systems GmbH, Jay Thomas, Celadon Systems Inc. 来源：不详
发布时间：2008-1-25 0:04:21
如今的技术要求需要既精确又经济。迄今为止,因为器件不得不封装后才能测试,可靠性测试仍需要花费大量的金钱和时间。最近在薄氧化层和栅介电层上的革新又使得不破坏器件的封装非常困难。
为了防止损失加工过的昂贵晶圆,能够在晶圆自身上进行可靠性测试变得非常必要。在不久的将来工艺技术向90纳米发展的时候,这种测试将会变得更加重要。另外,多点探测还能提高检测的速度,使测试工程师获得合理的样本量。测量和表征需要低泄漏的测量设备,并且要求设备能够经受住加速失效机制所需的高达甚至超过300℃的温度。
一个探测系统必须能够为非常精确的高温多点晶圆级可靠性（WLR）测试提供一个隔离的环境,例如：
● 电迁移
● 时间依赖的介电击穿（TDDB）
● 热载流子
● 晶圆级的预

烧
● 寿命测试
● 器件表征
这样的系统可以是与Celadon陶瓷多点探针卡一起使用的 SUSS PM8 WLR
测试仪。这套系统被专门开发以满足半导体厂商使用的90纳米或更小工艺技术的苛刻要求,它可以在最高达300℃的各种温度下保持高性价比的长期操作可靠性。

晶圆级的可靠性测试 vs. 封装块测试
一个简单的应用范例可以说明晶圆级多点测试的好处。这个例子检验的是TDDB测试中的时间因素：
目标是检查介电层在0.5MV/cm的工作强度下10年的寿命。WLR加速测试是在10倍强的电场下完成的。从图上可以看出由使用情况为0.5MV/cm外推而来的其他工作强度下的测试结果。所有的外推线都超出了10年的寿命。
这个测试使用多点探针卡,把总的晶圆测试时间从单点测试需要的288小时减少到12小时。测试数据非常干净和一致。
如果相同的测试是在一个封装块上进行,一般来说需要一个月以上的时间。这个时间包括晶圆切块、芯片封装并装入烘箱的时间周期。在这个装配过程中,由于静电放电而导致操作性损坏的可能性非常大。对于非常薄的氧化层（小于10埃）,封装变得不再实用,因为即使在最小心的情况下也会发生操作性损坏。很大一部分的器件可能在第一次工作之前就已经损坏了,这导致了非常普遍的失效。从使用情况外推也不能得到良好的结果。

多点WLR测试的系统要求
探针卡
单点测试已经可以节约大量的时间（在前面所述的例子中达到20天）,使用多点探针卡当然可以节约更多的时间。例子中使用的低泄漏Celadon Ceramic
TileTM利用了陶瓷的固有优点：高电阻和低噪声,这些优点正是可靠测试所需要的。陶瓷还能防止弯曲和移动,使用探测的经验也表明只有很小或观察不到的移动。安装在刚性铝底盘上的探针的布局取决于晶圆的设计,而且使用大的卡来校对整个晶圆的覆盖情况,因此不需要探针步进移动。探针卡使用的材料必须能够在300℃下连续工作很多小时,而且没有电性能的退化。

探针座
使用多点测试的探针卡时,已经不再需要晶圆上的自动步进,因此设备的成本得到大大的降低。但是,因为探针卡同时接触到所有的模子,所以需要显微镜而不是卡盘能够移动以纠正探针和接触盘的对接。SUSS
PM8WLR有一个特别的显微镜平台,它可以在x和y两个方向上分别移动200毫米来覆盖整个晶圆。为了保证在其他应用中的使用,在需要的情况下,可以在高精度卡盘平台上精确地步进移动单个芯片。温度在可靠性测试中扮演非常重要的角色,因此探测仪必须安装在至少能在-60℃至+300℃范围内工作的卡盘上。另外探

测仪还需要能够屏蔽光和电磁波的干扰以得到准确的数据。
装置必需被设计得能够独立检测,这样它甚至可以和已有的封装块检测仪联合使用,保证数据的可比性。

结论
在所需时间大大减少且数据质量不变的情况下,可靠性测试变得越来越重要。另外,对比考虑了测试封装块所需要花费的钱和时间,本文中叙述的测试系统的成本非常有吸引力。因为很轻微的静电就可以永久性地损坏器件,薄氧化层也给封装块测试带来了非常巨大的挑战。
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