淺談半導體測試過程

測試環(huán)節(jié)貫穿半導體生產制造，是芯片質量的把關者

半導體工藝制程越來越復雜，檢測設備愈發(fā)重要。隨摩爾定律的進一步發(fā)展，半導體芯片 晶體管密度越來越高，相關產品復雜度及集成度呈現(xiàn)指數(shù)級增長。新應用需求驅動了制程微縮 和三維結構的升級，使得工藝步驟大幅提升，成熟制程（以 45nm 為例）工藝步驟數(shù)大約需要 430 道，到了先進制程（以 5nm 為例）將會提升至 1250 道，工藝步驟將近提升了 3 倍；結構 上來看包括 GAAFET、MRAM 等新一代的半導體工藝都是越來越復雜，在數(shù)千道制程中，每一道 制程的檢測對芯片的良率起到至關重要的作用。

半導體檢測根據(jù)使用的環(huán)節(jié)以及檢測項目的不同，可分為前道檢測和后道檢測。其中，前道量 測包括量測類和缺陷檢測類，主要用于晶圓加工環(huán)節(jié)，目的是檢查每一步制造工藝后晶圓產品 的加工參數(shù)是否達到設計的要求或者存在影響良率的缺陷，屬于物理性檢測；后道測試根據(jù)功 能的不同包括分選機、測試機、探針臺，主要是用在晶圓加工之后、封裝測試環(huán)節(jié)內，目的是 檢查芯片的性能是否符合要求，屬于電性能檢測。晶圓制造環(huán)節(jié)檢測主要進行光學檢測，封測環(huán)節(jié)主要進行電性能檢測。半導體測試環(huán)節(jié)是避 免“十倍成本”的關鍵。

所謂“十倍成本”是指芯片故障若未在測試環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，那么在 后續(xù)電路板級別中發(fā)現(xiàn)故障導致的成本將在十倍以上。其中，封測環(huán)節(jié)主要可以分為：晶 圓測試和成品測試。晶圓測試主要是針對加工完的晶圓，進行電性測試，識別出能夠正常工作 的芯片，需要使用的設備主要為測試機和探針臺。

成品測試主要是指晶圓切割變成芯片后，針 對芯片的性能進行最終測試，需要使用的設備主要為測試機和分選機。晶圓測試（Chip Probing），簡稱 CP 測試，是指通過探針臺和測試機的配合使用，對晶圓 上的裸芯片（gross die）進行功能和電學性能參數(shù)的測試。

測試過程主要為：探針臺將 晶圓逐片傳送至測試位置，芯片端點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接， 測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，以判斷芯片功能和性能是否達到設計規(guī)范要 求。對裸片的測試結果通過通信接口傳送至探針臺，探針臺會根據(jù)相應的信息對芯片進行 打點標記，形成晶圓的 Mapping，即晶圓的電性能測試結果。CP 測試設備主要由支架、測 試機、探針臺、探針卡等部件組成。CP 測試會統(tǒng)計出晶圓上的芯片合格率、不合格芯片 的確切位置和各類形式的良率等，可用于指導芯片設計和晶圓制造的工藝改進。

芯片成品測試（Final Test），簡稱 FT，F(xiàn)T 測試是在芯片封裝后按照測試規(guī)范對電路成品 進行全面的電路性能檢測，目的是挑選出合格的成品芯片，保障芯片在任何環(huán)境下都可以 維持設計規(guī)格書上所預期的功能及性能。通過分選機和測試機配合使用，測試過程主要為：分選機將被測芯片逐個傳送至測試工位，被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連 接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯 片功能和性能是否達到設計規(guī)范要求。測試結果通過通信接口傳送至分選機，分選機據(jù)此 對被測芯片進行標記、分選、收料或編帶。

FT 測試系統(tǒng)通常由支架、測試機、分選機、 測試板和測試座組成。FT 測試環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)可以用于指導封裝環(huán)節(jié)的工藝改進。CP 測試的主要目的在于挑出壞的裸片，減少后續(xù)的封裝和 FT 測試成本；FT 測試的主要目 的確保芯片符合交付要求，避免將不合格的芯片交付給下游用戶。相比于 FT 測試，CP 測 試的技術要求更高，難度更大。芯片在完成封裝后處于良好的保護狀態(tài)，體積也較晶圓狀 態(tài)的裸片增加幾倍至數(shù)十倍，因此 FT 測試對潔凈等級和作業(yè)精細程度的要求較 CP 測試低 一個級別，但測試作業(yè)的工作量和人員用工量更大。CP 測試和 FT 測試在確保芯片良率、 控制生產成本、指導 IC 設計和生產工藝改進等方面都起到了至關重要的作用。

編輯：黃飛