PCM参数在圆片制造中的影响

朱春燕

摘要在集成电路圆片的生产制造过程中，产品线通常会采取一些方法来监控生产过程以确保产品的合格率，对这个过程的控制监控简称PCM。监控PCM的参数能及时发现问题，如果对发现的问题及时改进，那么对于提高产品成品率和可靠性是一种比较有效的手段。产品的成品率在理想的情况下决定了一种工艺的缺陷密度，工艺波动造成的某些PCM参数的离散往往是影响成品率的主要因素。所以产品的可靠性和PCM参数的设置，以及PCM参数漂移有着极为密切的关系。

关键词圆片；成品率；PCM；参数

中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0199-01

PCM就是通过监控生产过程中的漂移来确保工艺稳定性。它不仅仅用于工艺控制和监视，而且还是工艺和设计之间的联系桥梁。尽管当今的设计主要是依据器件模型参数，但没有PCM参数更直接，更具有可测性。PCM参数是产品良率和可靠性的安全线。因此，合理地设置PCM参数对于产品来说是十分重要。下面仅仅就公司产品生产中出现的PCM问题，提出一些观点进行讨论。

1和PCM参数相关的问题

PCM参数的问题归纳起来，主要是关键参数设置问题，关键参数上下限的合理设置，极限参数的容限以及个别被遗忘的关键参数。

1）关键参数设置。

PCM中的关键参数是专指那些要求严格控制上下限设置的参数。如MOS管跨导是否要设为关键参数呢？MOS管跨导Gm是MOS晶体管的重要器件参数，反映栅电压的变化引起漏电流的变化关系，被称为增益因子。和双极晶体管的放大倍数相似。对于长沟道器件，Gm和载流子的迁移率μ，栅氧化层厚度Tox，器件尺寸W/L，阈值电压Vth有如下关系：

Gm=μεε0 /Tox * W/L*（Vgs-Vth）

由此看来，Gm并不仅仅是一个工艺参数，但却是MOS晶体管的重要器件参数。它对模拟电路中放大器的增益，导通电阻大小，电路工作点偏置等等都有较大影响。由于和Gm相关的一些工艺参数，如栅氧化层厚度Tox、器件尺寸W/L等参数在5个PCM的关键测试点不能得到实际的数据，因此Gm就成了人们必看的非关键参数了。

另一方面，如果Gm变化不大，人们也就不那么关心，但在实际情况中这个参数的变化还是很大的。这样大的摆幅，从产品的良率方面考虑也必须要控制了。

2）PCM关键参数上下限的合理设置。PCM参数上下限设置主要依据是产品自身的需求和工艺能达到的范围。前者是由设计决定的，后者是工艺跟据参数分布，由3σ区间决定的。它和设备，工艺技术等因素有关。通常往往二者之间有矛盾，这就是平时经常讲的设计和工艺不匹配。设计给出的窗口通常小于工艺窗口。

研究了公司里一些产品的PCM参数项，得出以下结论：

①轻重不同地存在和PCM参数相关的失效项。引起产品失效的PCM参数比较集中，其中Repisp 4个品种，Rir 2个品种，RsHPL 4个品种，Rnwell 1个品种，VtDP 5个品种。它们在电路功能方面涉及电路功能起动，恒流源偏置以及参考电压的参考源。由此可见，电路出现的功能和性能的失效，多半是因为一些基本的电路不能正常工作造成的。

②某些工艺PCM 参数上下限设定不够合理，如VtDP 0-0.6 V。0.1 V以下的区间对电路来说没有什么意义，因为通导电流很低电路难稳定工作。同一片上的VtDP波动有可能使耗尽管变为增強管，造成电路不工作。另外既然电路设计选定VtDP作为参考电压的参考源，工艺上就得严格控制，通常±0.2 V是阈值电压的一般控制范围。因此，0.15-0.55 V是应该做到的。

③多晶高阻RsHP和Repisp工艺确实难控制，可适当放宽范围，但宽范围是设计无法适应。因此，有效的方法是：设计应向中心值靠拢，不能1个产品1个范围。

3）极限参数的设置余量。差不多每个电路都会规定一些极项参数，比如最高极限电压，端口最高电压，最大功耗等等。所有这些，最终都会落实到PCM的某些参数上。比如公司里某个产品经常出现高压漏电，为了降低失效率，需在20 V下检测功率管漏电。但这又和功率管的击穿电压的高低与软硬有关。PCM规定最小击穿电压是22 V，而且是在1 μA测试。而功率管在80nA下测试。PCM检测的又是小尺寸的器件，大尺寸时击穿电压还要下降。如果再碰上软击穿，情况会更糟。

4）被遗漏的关键参数。MOS晶体管的λ参数是一个十分重要的模型参数，对于模拟电路来说此参数更为重要，它直接关系到恒流源内阻大小，放大器增益高低。因此必须要关心到这个参数，但在现有的PCM中不存在，所以需要增加。

2如何解决PCM参数存在的问题

上面提及的PCM参数的有关问题除了设计窗口和工艺窗口不匹配的问题外，其他三个问题比较好解决的。剩下的问题是如何解决设计窗口和工艺窗口之间的不匹配问题。解决方案从设计和工艺两方面着手考虑，再适当辅以权宜政策。

1）工艺方面：

①完善PCM参数设置，遗漏的补设。关键参数也要设置完善。

②合理设计PCM上下限，应按工艺线水准，充分考虑用户需求。

③工艺波动应在中值线附近上下波动。

2）设计方面：

①设计的窗口中心值应尽可能靠近工艺的窗口中心值。

②设计者在设计之初时就应充分优化电路，给出主要PCM的关键参数窗口。力争在产品设计阶段就解决好产品的设计窗口和工艺窗口之间的不匹配问题。

③产品释放前完成边缘批的验证，边缘批次的产品能较早地发现一些存在的问题。

3）对已投产的某些产品如果出现PCM的设计和工艺不匹配情况，原则上讲，应该设计适应工艺。如果出现不匹配情况，应修改设计。但由于修改周期长，因此在新设计未完成前，为了提高效率，工艺应做适当调整。

4）对极个别产品的某些涉及电路可靠性的参数，如果遇到设计窗口窄而无法和合理的工艺窗口相匹配时，可将设计窗口设成内控规范，以便及时报警，提醒产品工程师小心处置。

3小结

PCM参数关系到产品的合格率和可靠性问题，涉及公司运营成本和客户信誉。本文揭示的PCM参数的问题，绝大多数属于设计和工艺之间不匹配问题。工艺上合理定义PCM的参数和规范，设计上应充分优化设计，力争在设计时就要解决好产品的设计窗口和工艺窗口之间的不匹配问题。对于个别有偏离的参数，工艺做适当调整，以补充设计不足。但绝对不是工艺可以调整，设计可以无约束，这样就把优势变成劣势了。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社.

[2]傅兴华，等.半导体器件原理简明教程[M].科学出版社.

[3]潘桂忠.集成电路工艺与制造技术[M].上海科学出版社.

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