JPH10507320A - 自動化されたウェハレベルテストおよび信頼性データ解析のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 集積回路をウェハレベルでテストし、テスト結果と、寿命の計算と、傾向チャートの生成とをテスト後に共通のデータベースに統合するための方法および装置が開示される。ウェハテスタコントローラは、データ転送誤りを回避しテスト結果の処理および記憶を容易にするために、さらなるハードウェアおよびソフトウェアでもって補われる。データベースはネットワークを介して組織のすべてのエリアに対し利用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 自動化されたウェハレベルテストおよび 信頼性データ解析のための方法および装置 技術分野 この発明は集積回路作製の分野に向けられるものであり、より特定的には、ウ ェハのダイシングに先立って、半導体ウェハ上に作製される集積回路のテストの 分野に向けられるものである。背景技術 先行技術では、集積回路のような半導体装置は結晶化シリコンのウェハから始 まって作製される。ウェハの純度は高い。抵抗器、トランジスタ、ダイオード等 、集積回路の構成要素は、シリコンウェハの表面の部分に不純物を選択的に導入 し、ウェハの表面上に異なる特性を有する材料のさまざまな層を加えることによ って形成される。複数層装置がこうして作られる。この複数層は、半導体層と、 絶縁層と、集積回路装置の構成要素のさまざまな領域を連結する導電層とを含む 。 複雑な装置は、物理的および化学的マスクを用いて作製のさまざまなステップ にさらされる領域を注意深く規定することによって作られ得る。 数多くの集積回路が同時に１つのウェハ上に形成され得るよう、特定の装置ま たは集積回路の作製のために必要とされるマスクの組を複製することは経済的で ある。図１ａ はそのようなウェハを示す。ウェハ上に形成される装置のうちいくつかは欠陥が あるかもしれない。最終的な装置の信頼性を確実なものにするために、特定のウ ェハ上のすべてのまたは選択された装置をテストすることが必要である。これは 自動テスト装置を用いて頻繁に行なわれる。 図１は先行技術の自動テスト装置の図である。装置はウェハテスタ１００とウ ェハプレゼンテーションシステム１６０とを含む。ウェハテスタ１００は、ウェ ハテスタのキャビネット内に取付けられるテスタコントローラの制御下で動作す る位置決め機構１５０により制御される自動テストプローブ１５５を有する。テ スタコントローラは、キーボード１４０、ディスクドライブ１３０等の入力装置 を伴うコンピュータと、ビジュアルディスプレイ１２０とを組入れる。テスタコ ントローラは、ともに図２に示されるオペレーティングシステム２００およびテ スタ制御アプリケーションソフトウェア２１０のようなソフトウェアをロードさ れる。テスタ制御アプリケーションソフトウェアは、テストが行なわれるべきウ ェハ上の正確なポイント上に自動テストプローブ１５５が来るよう位置決めアー ム１５０の場所を制御する。プローブは次いで下げられてウェハと接触し、測定 がなされて記録され、自動テストプローブは次の測定が行なわれるウェハ上のポ イントに位置決めされる。ウェハは、一度に１つがテストされてもよく、または 位置決めアーム１５０およびそのプローブが届く範囲内の 位置にウェハがシーケンシャルに回転されるメリーゴーランドのようにプレゼン テーション機構１６０上に位置付けられてもよい。各ウェハ１７０は集積回路等 の複数の半導体装置を含み、その各々がテストされる。テスタコントローラは、 ウェハ上の各集積回路上でテストを行なうことが必要な位置にわたってテストプ ローブをシーケンシャルに配する。これは、ウェハ上の集積回路の各々から１つ の測定をとった後、ウェハ上の集積回路の各々からとられらるべき第２の測定に 進むことによって行なってもよく、または代替的には、ある集積回路に対するす べての測定を一度に行なってから、ウェハの次の集積回路に進んでもよい。 先行技術では、ウェハテスタ１００により捕捉されるデータは抽出され、パー ソナルコンピュータクラスの装置に移動され、そこでデータが解析され、測定値 の組に関連付けられる集積回路の寿命の評価の計算を含むある計算が行なわれた 。集積回路の予想される寿命を含む解析の結果は、組織中で広くアクセスされ得 るデータベースに入れられた。 先行技術のテストはいくつかの不足な点を有した。第１に、テスタコントロー ラからのテスト結果はプリントされ、手操作による計算が行なわれた。代替的に は、テスト結果は手操作で標準パーソナルコンピュータクラスの装置に入れられ 、種々の計算がコンピュータによって計算された。次にテスト結果および計算結 果は中央データベースに転送された。これはデータ転送において誤りの可能性を 増大さ せた。 先行技術に伴う別の問題は、データ解析および計算がウェハテスタとは別個の 装置で行なわれたという点であった。発明の開示 先行技術のこれらの問題は、この発明に従い、拡張された機能性を伴うウェハ テスタを設け、１つ以上のテスタコントローラと組織のデータベースとの間にお いてネットワーク接続を設けることにより克服される。 したがって、この発明の１つの利点は、データを捕捉し、データを解析し、集 められたデータと解析の結果との両方を単一の装置から組織のデータベースへ入 れさせる能力にある。 この発明の別の利点は、生測定データを最小の労力と向上された正確さとをも って保持して、その生データが将来の計算に利用可能であり得るようにする能力 にある。 この発明の別の利点は、計算結果が生データと並んで組織中でネットワークを 介してグローバルにアクセス可能であるという点である。 この発明の別の利点は、拡張された機能性を伴うウェハテスタの提供である。 この発明の別の利点は、ネットワークに接続され、他のテスタとネットワーク 越しにインタラクトし、所望される場合にはそれらを制御する、１つのテスタの 能力である。 他の利点は、この発明に従うウェハテストを実行するた めのコンピュータプログラムをコンピュータ読出可能ディスケットまたはメモリ に記憶することにある。 この発明のこれらおよび他の利点は、ネットワークと、自動テストプローブお よびテスタコントローラを伴いネットワークに接続されるウェハテスタと、ネッ トワークに接続されウェハテスタからのテスト結果を受取るデータベースとを有 するウェハテストシステムを提供することにより達成される。このシステムは、 テスタコントローラ上に、テスト結果を処理してテスト中のウェハ上の各集積回 路に対する予測される寿命を導出するための解析ソフトウェアを含む。寿命計算 の結果はネットワーク越しにデータベースに書込まれる。このシステムは、この 発明の一実施例に従うと、 ２つのストレス条件でキャパシタの降伏電圧を集め、 降伏電圧を大きくなる順に分類して、降伏電圧に対する累積故障百分率を各条 件ごとに表わし、 異なる故障百分率での、２つのストレス条件間の降伏差（ΔＶ）を見つけ出し 、 異なる故障百分率でのベータ値を、３％、６％…で を用いて見つけ出し、 ５％の故障率でのβの最小値およびさらに降伏電圧値を見つけ出し、 ５％の故障率での寿命を、テスト中の装置の動作電圧をＸとして ｌｏｇ（ｔ）−ｌｏｇ０．０３＋β（ＢＶ_5%−Ｘ） を用いて計算して、寿命計算を実施する。複数のウェハテスタがネットワークに 接続されてもよく、各々は異なるタイプの集積回路を含むウェハをモニタしても よい。 この発明はさらに、ウェハテスタを用い、ウェハの各集積回路上の選択された ポイントをプローブして１つ以上の電気的な値を測定し、その値を集積回路とウ ェハとを識別するデータとともにウェハテスタに記憶し、その値を処理して集積 回路に対する寿命の評価をウェハテスタに生じさせ、寿命の評価をその値ととも にネットワーク越しにウェハテスタから離れた場所に記憶させることによって、 ウェハ上に作製される集積回路を自動的にテストする方法に向けられる。 この発明はさらに、上に記載される方法を実施するためのコンピュータプログ ラムが記憶されるコンピュータ読出可能ディスケットまたはメモリに向けられる 。 この発明のさらなる他の目的および利点は、この発明を実行する目的のベスト モードの単なる例示によってこの発明の好ましい実施例のみが図示され記載され る以下の詳細な説明から、当業者には容易に明らかとなる。認識されるように、 この発明は他のおよび異なる実施例が可能であり、そのいくつかの詳細は種々の 明らかな面においてすべてこ の発明から逸脱しない変更が可能である。したがって、図面および説明は本質的 に例示的なものであるとみなされ、限定的なものとはみなされない。図面の簡単な説明 図１は先行技術の自動テスト装置の図である。 図１ａはある集積回路が上に作製されるシリコンウェハを表現したものである 。 図２は、先行技術の自動テスト装置とともに利用されるソフトウェア一式を表 現したものである。 図３は、この発明に従う自動テスト装置のソフトウェア一式を表わしたもので ある。 図４は、この発明に従う、共通のデータベースにネットワーク越しに接続され る複数の自動テスト装置の図である。 図５は、予測される寿命を求めるために自動テスト装置によって集められるテ ストデータの処理のフローチャートである。 図６は電圧ランプ誘電破壊電圧テスト（ＶＲＤＢ）からの寿命計算のフローチ ャートである。この発明を実施するためのベストモード 図１においてアイテム１００として示されるようなウェハテスタは先行技術構 成と比してさらなるソフトウェアおよびハードウェアを有するよう変更される。 好ましくは、このウェハテスタはオハイオ州（Ohio）クリーブランド（Clevelan d）のキースリー・インスツルメンツ（Keithl ey Instruments）によってモデル指定Ｓ９００で市場に出されているものである 。このモデルＳ９００装置は、ＲＳ１と指定されカリフォルニア州（California ）スコッツバレー（Scotts Valley）のボーランド・インターナショナル（Borla nd International）により製造されるような数値解析ソフトウェアを統合するこ とにより、図２に示される構成を超えて変更される。テストまたはハウジングは ネットワークへの接続のためのラインカードを含むことにより変更される。この ラインカードは当然のことながら、それが取付けられるネットワークでも使用さ れるだろう。ウェハテスタと組織のデータベースとの間における通信を取扱うの に適したネットワークの例は、ＴＣＰ／ＩＰネットワーク、トークンリングネッ トワーク、および他の多くの広く用いられるデジタルまたはアナログネットワー クを含むであろう。 この発明に従って用いられるソフトウェア一式を図３に示す。ラインカードを 駆動しネットワークをわたる通信を促すために用いられるネットワークアクセス ソフトウェアは、当然のことながら、システムにロードされる。このようなソフ トウェアを図３のソフトウェア一式においてネットワークアクセスソフトウェア ３２０として示す。数値解析ソフトウェアは同図において３３０で示される。ネ ットワーク上で遠隔データベースへのアクセスを可能にするためにソフトウェア をネットワークにインストールおよび移 植することは当該技術においては周知であり容易に達成される。 図４は、この発明に従って変更される複数のウェハテスタをデータベース４９ ０としても働くネットワーク上のポートに接続するネットワーク構成を示す。ウ ェハテスタ４００および４００′の各々は上述のハードウェアおよびソフトウェ ア補足でセットアップされる。ネットワークインタフェースユニット４８０およ び４８０′は図４において記号的に示されており、別個に図示されてはいるが、 通常は、ウェハテスタコントローラのマザーボード上に常駐するネットワークラ インカードの一部である。 図５は自動テスト装置によって集められるデータの処理のフローチャートであ る。ブロック５００で始まって、自動テストプローブは、（５１０）でテスト測 定値をとり、（５２０）でテスタコントローラにその結果を記憶するよう命ぜら れる。５３０で、すべてのデータが確実に集められるようテストが行なわれる順 序に依って、１つ以上のループテストが行なわれる。１つの代替例では、ウェハ 上の各ＩＣから１つのテストを行なった後、ウェハ上の各ＩＣから違うテストを 行なう。別の代替例では、１つのＩＣのためのすべてのテストを、次のＩＣに移 る前に行なう。ステップ５３０で実施される特定のループテストは、所望される 特定のテスト順序を実施するよう設計されるものである。ステップ５４０で、デ ータランの解析が行なわれ、寿 命計算が準備され、オプションとして傾向チャートが生成される。生データおよ び寿命計算は次いで遠隔データベースに記憶され（５５０）、手順は終了する。 １つの典型的な寿命計算および実際に好ましい計算を図６に示す。電圧ランプ 誘電破壊電圧テスト（ＶＲＤＢ）を用いてゲート酸化物の信頼性を評価する。電 圧は、電流が１０ミリアンペアの破壊的な故障に達するまで、２つの時間間隔３ ０および３００ミリ秒で０．２ボルトのステップでランプアップされた。この２ つの時間間隔間における降伏電圧シフトから、ベータ値および寿命を以下に従っ て計算する。 ２つのストレス条件でキャパシタの降伏電圧を集め、 降伏電圧を大きくなる順に分類し、降伏電圧に対する累積故障百分率を各条件 ごとに表わし、 ２つのストレス条件間における異なった故障百分率での降伏差（ΔＶ）を見つ け出し、 異なる故障百分率でのベータ値を、３％、６％…で を用いて見つけ出し（６４０）、 ５％故障でのベータの最小値およびさらに降伏電圧値を見つけ出し、 ５％の故障率での寿命を、テスト中の装置の動作電圧をＸとして ｌｏｇ（ｔ）−ｌｏｇ０．０３＋β（ＢＶ_5%−Ｘ） を用いて計算する（６６０）。 寿命のための他の計算はホットキャリア注入テストに基づき得る。このテスト では、一定の、ソースからドレインへの電圧（好ましくはテスト下にある装置の 動作電圧）に対するピーク基板電流を、ＮおよびＰチャネル装置に対する走査さ れるゲート電圧の関数として測定する。ホットキャリア注入テストを用いて寿命 を計算するためのアルゴリズムは： Ｎチャネルの場合、寿命＝Ａ（Ｉ基板）^-n Ｐチャネルの場合、寿命＝Ａ（Ｉゲート）^-n である。 Ｖｔ（しきい値）影響テストを用いてトランジスタの電荷捕捉特性を調べる。 このテストでは、１ｎＡの定電流がゲート（正）に２００秒間印加される。スト レス前、および２０秒の間隔で２００秒が経過するまでＶｔを測定する。スクラ イビング線モニタ上におけるダイオード保護のない特定のゲート幅およびゲート 長を有するＮチャネルおよびＰチャネルトランジスタをテストする。Ｖｔシフト は、２００秒のストレス負荷後のＶｔ値とストレス負荷前のＶｔ値との差として 規定される。 自動テスト装置によって測定または用いられる好ましいテストおよび変数は： ホットキャリア注入（最大ゲート電圧での基板電流、平均値、標準偏差、Ｍファ クタ（Ｍファ クタはＩ_{サフ゛ストレート}／Ｉ_{ト゛レイン}に等しい）、ならびに寿命（電圧ランプ誘電破壊） 降伏電圧および破壊電流レベル、平均値、標準偏差、モードＡ％、Ｂ％、Ｃ％、 ベータ値および寿命（Ｖ_t影響しきい値電圧およびそのシフト）および等温テス ト（故障するまでの実際の時間、初期抵抗、および寿命）を含む。 この発明に従う計算の数値処理結果のサンプルは明細書へのアタッチメント１ 〜３に記載される。注釈はアタッチメントのエントリの意味を記す。 この開示に記載されるシステムは、先行技術によって提供されるそれよりも大 きな柔軟性および拡張された機能性を提供する自動化されたウェハレベル信頼性 テストデータ解析および計算を可能にする。 この開示では、この発明の好ましい実施例のみが図示され記載されているが、 先にも述べたように、この発明は他のさまざまな組合せおよび環境において用い ることが可能であり、ここに表わされる発明的概念の範囲内で変更および修正が 可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランツ，ミッケル アメリカ合衆国、95051 カリフォルニア 州、サンタ・クララ、ミラー・アベニュ、 2972 (72)発明者 ペン，イェン−カウン アメリカ合衆国、95070 カリフォルニア 州、サラトガ、スウォースモア・ドライ ブ、18408 (72)発明者 シャウ，イン アメリカ合衆国、95120 カリフォルニア 州、サン・ノゼ、オーク・キャニオン・ド ライブ、1556

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ネットワークと、 自動テストプローブとテスタコントローラとを含みネットワークに接続される ウェハテスタと、 ネットワークに接続されウェハテスタからのテスト結果を受取るデータベース と、 テスト結果を処理してテスト中のウェハ上の各集積回路に対する予測される寿 命を導き出すための、テスタコントローラ上の解析ソフトウェアとを含む、ウェ ハテストシステム。 ２．寿命計算の結果をデータベースに書込むための手段をさらに含む、請求項１ に記載のウェハテストシステム。 ３．２つのストレス条件でキャパシタの降伏電圧を集め、 降伏電圧を大きくなる順に分類して降伏電圧に対する累積故障百分率を各条件 ごとに表わし、 異なる故障百分率での２つのストレス条件間における降伏差（ΔＶ）を見つけ 出し、 異なる故障百分率でのベータ値を、３％、６％、…で を用いて見つけ出し、 ５％故障でのベータの最小値およびさらに降伏電圧値を見つけ出し、 ５％の故障率での寿命を、テスト中の装置の動作電圧を Ｘとして、 ｌｏｇ（ｔ）−ｌｏｇ０．０３＋β（ＢＶ_5%−Ｘ） を用いて計算することに従って寿命を決定する手順を実行するためのプログラム コマンドを含むメモリまたはディスケットをさらに含む、請求項１に記載のウェ ハテストシステム。 ４．一定の、ソースからドレインへの電圧に対するピーク基板電流をＮまたはＰ チャネル装置の１つに対する走査ゲート電圧の関数として測定し、 寿命を、 Ｎチャネル装置の場合、寿命＝Ａ（Ｉ基板）^-N、または Ｐチャネル装置の場合、寿命＝Ａ（Ｉゲート）^-Nを用いて決定することに従っ て寿命を決定する手順を実行するプログラムコマンドを含むメモリをさらに含む 、請求項１に記載のウェハテストシステム。 ５．ネットワークに接続される複数のウェハテスタをさらに含む、請求項１に記 載のウェハテストシステム。 ６．ウェハ上に作製される集積回路をウェハテスタを用いて自動的にテストする 方法であって、 ウェハの各集積回路上の選択されたポイントをプローブして１つ以上の電気的 値を測定するステップと、 前記値を、集積回路およびウェハを識別するデータとともにウェハテスタに記 憶するステップと、 前記値を処理して、集積回路に対する寿命の評価をウェ ハテスタに生じさせるステップと、 寿命の評価を前記値とともに、ウェハテスタから隔たった場所にネットワーク を介して記憶させるステップとを含む、ウェハ上に作製される集積回路をウェハ テスタを用いて自動的にテストする方法。 ７．請求項３のシステムを実施するためのコンピュータプログラムを記憶するコ ンピュータ読出可能ディスケットまたはメモリ。 ８．請求項４のシステムを実施するためのコンピュータプログラムを記憶するコ ンピュータ読出可能ディスケットまたはメモリ。