半導(dǎo)體生產(chǎn)流程由晶圓制造，晶圓測(cè)試，芯片封裝和封裝后測(cè)試組成，晶圓制造和芯片封裝討論較多，而測(cè)試環(huán)節(jié)的相關(guān)知識(shí)經(jīng)常被邊緣化，下面集中介紹集成電路芯片測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，主要集中在WAT，CP和FT三個(gè)環(huán)節(jié)。
圖1 集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝流程示意圖
WAT（Wafer Acceptance Test）測(cè)試，也叫PCM（Process Control Monitoring），對(duì)Wafer 劃片槽（Scribe Line）測(cè)試鍵（Test Key）的測(cè)試，通過電性參數(shù)來監(jiān)控各步工藝是否正常和穩(wěn)定，例如CMOS的電容，電阻， Contact，metal Line 等，一般在wafer完成制程前，是Wafer從Fab廠出貨到封測(cè)廠的依據(jù)，測(cè)試方法是用Probe Card扎在Test Key的metal Pad上，Probe Card另一端接在WAT測(cè)試機(jī)臺(tái)上，由WAT Recipe自動(dòng)控制測(cè)試位置和內(nèi)容，測(cè)完某條Test Key后，Probe Card會(huì)自動(dòng)移到下一條Test Key，直到整片Wafer測(cè)試完成。 WAT測(cè)試有問題，超過SPEC，一般對(duì)應(yīng)Fab各個(gè)Module制程工藝或者機(jī)臺(tái)Shift，例如Litho OVL異常，ETCH CD 偏小，PVD TK偏大等等。WAT有嚴(yán)重問題的Wafer會(huì)直接報(bào)廢。
圖2 Test Key示意圖
圖3 WAT Probe Card 示意圖
圖4 WAT data chart
CP（Circuit Probing）也叫“Wafer Probe”或者“Die Sort”，是對(duì)整片Wafer的每個(gè)Die的基本器件參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，例如Vt（閾值電壓），Rdson（導(dǎo)通電阻），BVdss（源漏擊穿電壓），Igss（柵源漏電流），Idss（漏源漏電流）等，把壞的Die挑出來，會(huì)用墨點(diǎn)（Ink）標(biāo)記，可以減少封裝和測(cè)試的成本，CP pass才會(huì)封裝，一般測(cè)試機(jī)臺(tái)的電壓和功率不高，CP是對(duì)Wafer的Die進(jìn)行測(cè)試，檢查Fab廠制造的工藝水平。
圖5 黑點(diǎn)為ink
圖6 CP Bin Map示意圖
CP測(cè)試程序和測(cè)試方法優(yōu)化是Test Engineer努力的方向，下面介紹幾種降低CP測(cè)試成本的方法。
1.同一個(gè)Probe Card可以同時(shí)測(cè)多個(gè)Die，如何排列可以減少測(cè)試時(shí)間？假設(shè)Probe Card可以同時(shí)測(cè)6個(gè)Die，那么是2×3排列還是3×2，或者1×6，都會(huì)對(duì)扎針次數(shù)產(chǎn)生影響，不同的走針方向，也會(huì)產(chǎn)生Test時(shí)間問題。
圖7 不同走向示意圖
2.隨著晶圓尺寸越來越大，晶圓上的Die越來越多，很多公司CP Test會(huì)采用抽樣檢查（Sampling Test）的方式來減少測(cè)試時(shí)間，至于如何抽樣，涉及不同的Test Recipe，一些大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件可以在測(cè)試的同時(shí)按照一定算法控制走針方向，例如抽測(cè)到一個(gè)Die失效后，Probe Card會(huì)自動(dòng)圍繞這個(gè)Die周圍一圈測(cè)試，直到測(cè)試沒有問題，再進(jìn)行下一個(gè)Die的抽測(cè)，這種方法可以明顯縮短測(cè)試時(shí)間。
圖8 full map 與 sample test示意圖
FT（final test）是對(duì)封裝好的Chip進(jìn)行Device應(yīng)用方面的測(cè)試，把壞的chip挑出來，F(xiàn)T pass后還會(huì)進(jìn)行process qual和product qual，F(xiàn)T是對(duì)package進(jìn)行測(cè)試，檢查封裝造廠的工藝水平。FT的良率一般都不錯(cuò)，但由于FT測(cè)試比CP包含更多的項(xiàng)目，也會(huì)遇到Low Yield問題，而且這種情況比較復(fù)雜，一般很難找到root cause。廣義上的FT也稱為ATE（Automatic Test Equipment），一般情況下，ATE通過后可以出貨給客戶，但對(duì)于要求比較高的公司或產(chǎn)品，F(xiàn)T測(cè)試通過之后，還有SLT（System Level Test）測(cè)試，也稱為Bench Test。SLT測(cè)試比ATE測(cè)試更嚴(yán)格，一般是Function的Test，測(cè)試具體模塊的功能是否正常，當(dāng)然SLT更耗時(shí)間，一般采取抽樣的方式測(cè)試。
圖9 FT tester 示意圖
小結(jié)一下，WAT是在晶圓制造過程中進(jìn)行的測(cè)試，通過對(duì)Die與Die之間Scribe Line的Test Key電學(xué)性能的測(cè)試，來監(jiān)控Fab制程的穩(wěn)定性；CP測(cè)試是制造完成后，封測(cè)之前進(jìn)行的電學(xué)測(cè)試，把壞的Die標(biāo)記出來，減少封裝的成本；FT是Die切割，打磨，封裝后進(jìn)行器件功能性的測(cè)試，可以評(píng)價(jià)封測(cè)廠的封裝水平，只有所有的測(cè)試都通過后，才可以應(yīng)用到產(chǎn)品上。
