解析-TEGのお話し

特性評価-不良解析-TEGのお話し。

ウェハー面に乗せてある解析用のパターンをTEG-テグと呼びます。写真1の様な感じでウエハ上にパターンの違うものが何個か均等な配置で載っています。TEG(Test Element Group)と言うもので不良解析に用います。TEGは回路の一部を取り出して作られていて不良箇所を特定したり特性評価をしたりします。完成したデバイスは一つの電子回路になっていますから動作不良を起こした場合にどの工程が問題なのかを見つける必要があります。いちいち切り分けるのは大変なのでバラバラにしておくという考えです。例えばトランジスタを作る工程でTEGにも同時にトランジスタを作ります。後でトランジスタTEGだけを見れば不良かどうか判断が付きます。後はトランジスタに関わった装置なりプロセスをチェクして対策をとることになります。現在は少量多品種デバイス生産のため工程異常をいち早くキャッチしないとお客様に迷惑を掛けることになります。工程の間でもインラインテスターなどによりチェックされています。TEGには個々の部品だけでなく回路の一部を取り出したものや模したものなど様々です。将来のデバイス開発を見込んで不良解析とは関係ないTEGを仕込むこともあります。写真1はウエハー中に置かれたのTEGの例です。他のデバイスとパターンが違いますのですぐ分かります。

写真1-TEGの例

写真1-TEG

図1はTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)TEGでゲート酸化膜の質をGOI(Gate Oxide Integrityの略)見るものです。時間を掛けた場合の劣化特性を測定します。通常は図2のように時間と共に漏れ電流が増加して行きます。これで酸化膜の品質を見るわけですがゲート酸化膜はMOSトランジスタの重要な部分で高品質が要求されます。

図1-TDDB用TEG

図1-TDDB用TEG

図2-TDDB特性

図2-TDDB特性

PN接合(PNジャンクション)リークは金属汚染やダメージを評価する重要な項目で図3に示したようなTEGで評価します。1個ではリーク量が少ないのでこれを多数接続しているものもありチェーンと言います。

図3-PN接合リークTEG

図3-PN接合リークTEG

ポリシリコンゲート、メタル配線抵抗、インプラか拡散層の抵抗は図4のようなシート抵抗TEGで測定します。幅Wを変えて抵抗の変化を見るものですがフォトリソとエッチングによる加工を電気抵抗で置き換えるもので半導体ではディメンションで管理し最終的には電気抵抗などのパラメータで管理しています。なおTEGの四角の部分はテスターのプローブが当たる端子になっていてパッド(PAD)と呼んでいます。

図4-シート抵抗TEG

図4-シート抵抗TEG

図5はアンテナGOI TEGでプラズマなどの放電によるチャージアップダメージ評価用です。TDDB TEGと似た構造ですがポリシリコンなどでアンテナを形成し破壊し易いようになっています。アンテナ面積が広い程破壊しやすいためプロセスダメージの評価に使えます。また装置導入の際などに選定項目として入れることもあります。

図5-アンテナGOI TEG

図5-アンテナGOI TEG

図6はスネイク(蛇)コウム(櫛)構造のTEGで断線とショートを検出します。フォトリソやエッチングトラブル、パーティクル付着などにより配線が正しく出来あがらない場合があります。スネークは導通していなくてはならずコウムは分離して絶縁していなくてはなりません。段差構造の上に置くと露光機の焦点深度をウエハ上で電気的に評価できます。ラインのパーティクルもどれ程インパクトするかが判りますので歩留まりの計算をすることもできます。

図6-スネーク&コウムTEG

図6-スネーク&コウムTEG

図7はコンタクトやバイアのチェーンTEGで多数のチェーンにより歩留まりを測定しています。1個でも不良が発生するとチェーンは繋がりません。デバイスには気の遠くなる程の数のコンタクトやバイアがありますので全ての出来を保障することは容易ではありません。

図7-コンタクトチェーンTEG

図7-コンタクトチェーンTEG

この他にもTEGの種類は多数ありエンジニアやデザイナーが必要なTEGを設計し活用しています。最後にTEGは開発初期には多く搭載され色々な情報を提供してくれます。ここで基礎データを取り生産が安定したら次第に減らしてゆきます。簡単なものではTEG無しもあります。TEGはデバイスと同じ所に置かれるプライマリーTEGとスクライブライン上の置かれるTEGとがあり感度はプライマリーTEGの方が優れています。スクライブラインは丁度板チョコのような部分でウエハ上のチップをカットして1個のチップを作るときのカットするライン部分のことです。膜厚のモニタなどにも使用しています。

 

 

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