PCM參數在圓片制造中的影響

朱春燕

摘要在集成電路圓片的生產制造過程中，產品線通常會采取一些方法來監控生產過程以確保產品的合格率，對這個過程的控制監控簡稱PCM。監控PCM的參數能及時發現問題，如果對發現的問題及時改進，那么對于提高產品成品率和可靠性是一種比較有效的手段。產品的成品率在理想的情況下決定了一種工藝的缺陷密度，工藝波動造成的某些PCM參數的離散往往是影響成品率的主要因素。所以產品的可靠性和PCM參數的設置，以及PCM參數漂移有著極為密切的關系。

關鍵詞圓片；成品率；PCM；參數

中圖分類號：TN304 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0199-01

PCM就是通過監控生產過程中的漂移來確保工藝穩定性。它不僅僅用于工藝控制和監視，而且還是工藝和設計之間的聯系橋梁。盡管當今的設計主要是依據器件模型參數，但沒有PCM參數更直接，更具有可測性。PCM參數是產品良率和可靠性的安全線。因此，合理地設置PCM參數對于產品來說是十分重要。下面僅僅就公司產品生產中出現的PCM問題，提出一些觀點進行討論。

1和PCM參數相關的問題

PCM參數的問題歸納起來，主要是關鍵參數設置問題，關鍵參數上下限的合理設置，極限參數的容限以及個別被遺忘的關鍵參數。

1）關鍵參數設置。

PCM中的關鍵參數是專指那些要求嚴格控制上下限設置的參數。如MOS管跨導是否要設為關鍵參數呢？MOS管跨導Gm是MOS晶體管的重要器件參數，反映柵電壓的變化引起漏電流的變化關系，被稱為增益因子。和雙極晶體管的放大倍數相似。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有如下關系：

Gm=μεε0 /Tox * W/L*（Vgs-Vth）

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

另一方面，如果Gm變化不大，人們也就不那么關心，但在實際情況中這個參數的變化還是很大的。這樣大的擺幅，從產品的良率方面考慮也必須要控制了。

2）PCM關鍵參數上下限的合理設置。PCM參數上下限設置主要依據是產品自身的需求和工藝能達到的范圍。前者是由設計決定的，后者是工藝跟據參數分布，由3σ區間決定的。它和設備，工藝技術等因素有關。通常往往二者之間有矛盾，這就是平時經常講的設計和工藝不匹配。設計給出的窗口通常小于工藝窗口。

研究了公司里一些產品的PCM參數項，得出以下結論：

①輕重不同地存在和PCM參數相關的失效項。引起產品失效的PCM參數比較集中，其中Repisp 4個品種，Rir 2個品種，RsHPL 4個品種，Rnwell 1個品種，VtDP 5個品種。它們在電路功能方面涉及電路功能起動，恒流源偏置以及參考電壓的參考源。由此可見，電路出現的功能和性能的失效，多半是因為一些基本的電路不能正常工作造成的。

②某些工藝PCM 參數上下限設定不夠合理，如VtDP 0-0.6 V。0.1 V以下的區間對電路來說沒有什么意義，因為通導電流很低電路難穩定工作。同一片上的VtDP波動有可能使耗盡管變為增強管，造成電路不工作。另外既然電路設計選定VtDP作為參考電壓的參考源，工藝上就得嚴格控制，通常±0.2 V是閾值電壓的一般控制范圍。因此，0.15-0.55 V是應該做到的。

③多晶高阻RsHP和Repisp工藝確實難控制，可適當放寬范圍，但寬范圍是設計無法適應。因此，有效的方法是：設計應向中心值靠攏，不能1個產品1個范圍。

3）極限參數的設置余量。差不多每個電路都會規定一些極項參數，比如最高極限電壓，端口最高電壓，最大功耗等等。所有這些，最終都會落實到PCM的某些參數上。比如公司里某個產品經常出現高壓漏電，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。PCM規定最小擊穿電壓是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，大尺寸時擊穿電壓還要下降。如果再碰上軟擊穿，情況會更糟。

4）被遺漏的關鍵參數。MOS晶體管的λ參數是一個十分重要的模型參數，對于模擬電路來說此參數更為重要，它直接關系到恒流源內阻大小，放大器增益高低。因此必須要關心到這個參數，但在現有的PCM中不存在，所以需要增加。

2如何解決PCM參數存在的問題

上面提及的PCM參數的有關問題除了設計窗口和工藝窗口不匹配的問題外，其他三個問題比較好解決的。剩下的問題是如何解決設計窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。解決方案從設計和工藝兩方面著手考慮，再適當輔以權宜政策。

1）工藝方面：

①完善PCM參數設置，遺漏的補設。關鍵參數也要設置完善。

②合理設計PCM上下限，應按工藝線水準，充分考慮用戶需求。

③工藝波動應在中值線附近上下波動。

2）設計方面：

①設計的窗口中心值應盡可能靠近工藝的窗口中心值。

②設計者在設計之初時就應充分優化電路，給出主要PCM的關鍵參數窗口。力爭在產品設計階段就解決好產品的設計窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。

③產品釋放前完成邊緣批的驗證，邊緣批次的產品能較早地發現一些存在的問題。

3）對已投產的某些產品如果出現PCM的設計和工藝不匹配情況，原則上講，應該設計適應工藝。如果出現不匹配情況，應修改設計。但由于修改周期長，因此在新設計未完成前，為了提高效率，工藝應做適當調整。

4）對極個別產品的某些涉及電路可靠性的參數，如果遇到設計窗口窄而無法和合理的工藝窗口相匹配時，可將設計窗口設成內控規范，以便及時報警，提醒產品工程師小心處置。

3小結

PCM參數關系到產品的合格率和可靠性問題，涉及公司運營成本和客戶信譽。本文揭示的PCM參數的問題，絕大多數屬于設計和工藝之間不匹配問題。工藝上合理定義PCM的參數和規范，設計上應充分優化設計，力爭在設計時就要解決好產品的設計窗口和工藝窗口之間的不匹配問題。對于個別有偏離的參數，工藝做適當調整，以補充設計不足。但絕對不是工藝可以調整，設計可以無約束，這樣就把優勢變成劣勢了。

參考文獻

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