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技術 半導体装置の欠陥レベル推定方法

出願人 パナソニック株式会社
発明者 平瀬潤一鎌谷康弘
出願日 2002年11月8日 (18年1ヶ月経過) 出願番号 2002-325181
公開日 2004年6月3日 (16年6ヶ月経過) 公開番号 2004-158771
状態 特許登録済
技術分野 半導体等の試験・測定 半導体装置の製造処理一般
主要キーワード 基準化値 品質管理値 現在目標 パターン単位 ガンマ分布 発生分布 故障数 欠陥レベル
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この項目の情報は公開日時点(2004年6月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

半導体装置を製造した場合、不良半導体装置をどのくらいの割合で見逃して出荷するかとういう指標である欠陥レベル推定方法が従来不正確であった。

解決手段

故障は、欠陥物理現象が明らかになったものであるから、同じように故障自身も分布関数を持つと仮定して、半導体装置の歩留の算出と、欠陥分布関数と特性を同じくする故障分布関数とを用いて欠陥レベル式を導出することで、欠陥レベル推定する方法を提供することを目的とする。

概要

背景

近年、半導体装置には、微細化に伴う低電圧化低消費電流化高速化とともに大規模化、高集積化多機能複合機能化などの技術変化が急激に起こっている。それとともに、半導体装置のテストは、ますます重要となり、一方テスト開発を一層難しくしている。

概要

半導体装置を製造した場合、不良半導体装置をどのくらいの割合で見逃して出荷するかとういう指標である欠陥レベル推定方法が従来不正確であった。故障は、欠陥物理現象が明らかになったものであるから、同じように故障自身も分布関数を持つと仮定して、半導体装置の歩留の算出と、欠陥分布関数と特性を同じくする故障分布関数とを用いて欠陥レベル式を導出することで、欠陥レベル推定する方法を提供することを目的とする。

目的

本発明では、上記のような従来の課題を解決するものであり、テストパターン長故障検出率関係式を導出することで論理的に製造現場における検査に起因する市場不良率とよく一致する実効的欠陥レベル式を算出することを目的とする

効果

実績

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請求項1

半導体装置にN個の故障の可能性があり、m個の故障は故障が発生すれば検査で検出されるとして、m/Nで求められる故障検出率fと、N個の故障の可能性のある前記半導体装置で故障が0個として求めた予測歩留まりと、故障のある前記半導体装置を良品として見逃す確率である欠陥レベルを(N−m)個の故障の起こる可能性のある半導体装置の予測歩留まりから算出することを特徴とする半導体装置の欠陥レベル推定方法

請求項2

(N−m)個の故障の起こる可能性のある半導体装置の予測歩留まりをY、半導体装置の平均欠陥密度バラツキ係数をkとし、欠陥レベルDLを次式で算出することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の欠陥レベル推定方法。

請求項3

平均欠陥密度のバラツキ係数kを1として簡略化し、欠陥レベルDLを次式で算出することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の欠陥レベル推定方法。

請求項4

故障の検出のために半導体装置に入力する入力信号と、前記入力信号に応じた前記半導体装置から出力する出力信号を検査するテストパターンの平均テストパターン長Foおよび前記テストパターンの分散Soがそれぞれ、前記平均テストパターン長Foのバラツキ係数rと、故障検出率fとにより、Fo=r[1−(1−f)1/r]/(1−f)1/rSo2=r[1−(1−f)1/r]/(1−f)2/rで求められ、総テストパターン長Lがガウス記号[]を用いて、L=[Fo+3So+1]となることを特徴とする半導体装置の欠陥レベル推定方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置を製造した場合、不良半導体装置をどのくらいの割合で見逃して出荷するかという指標である欠陥レベル推定方法に関する。

0002

近年、半導体装置には、微細化に伴う低電圧化低消費電流化高速化とともに大規模化、高集積化多機能複合機能化などの技術変化が急激に起こっている。それとともに、半導体装置のテストは、ますます重要となり、一方テスト開発を一層難しくしている。

0003

従来、半導体装置のテストは半導体装置製造上、必然的でなく偶発的に起こる欠陥をもつ集積回路選別する事を目的としていたが、近年の半導体装置の製造においては、もっとも重大な関心事は、出荷後の品質である。その品質レベル尺度が欠陥レベルである。

0004

以下に従来の欠陥レベルの推定方法について記載する。図2は従来の欠陥レベルの推定フローである。

0005

最初に、半導体装置の製造工程における歩留まりを推定する(ステップ:ST1)。図2のステップST1で、半導体装置の製造工程における歩留まりを推定する方法として、拡散工程等の欠陥密度を利用する方法がある。これは半導体回路チップ面積A(単位:cm2)と、半導体装置が製造される拡散工程等の欠陥密度D0(単位:個/cm2)と、平均欠陥密度バラツキ係数kを用いて半導体装置の予測歩留まりを算出するものである。すると、半導体装置の予測歩留まりYは下記の式(1)で表される(例えば、特許文献1参照)。

0006

【数3】

0007

式(1)の導出については、半導体装置上に故障の起こる可能性のある箇所がN個(Nは充分大きい)あるとして、個々の故障の起こる確率が独立ですべて等しいとし、X個の故障が起こる確率が、ポアソン分布で求められ、X=0とした確率が予測歩留まりとして算出される。

0008

次に、ステップST2では、半導体装置内の回路の全素子に対して起こりうる全ての故障の数N個に対して、そのテストパターンによって検知される故障の数m個(m≦N)の割合を故障検出率f(=m/N)として定義する。そうするとステップST1で求めた予測歩留まりYとステップST2で定義した故障検出率fより、欠陥レベルDLは従来下記の式(2)で表されていた(例えば、非特許文献1参照)。

0009

DL=1−Y(1−f) ・・・(2)
ここで、故障の検出を行うために半導体装置の入力端子入力信号(“1”と“0”の時系列信号入力パターン)を入れて、半導体装置が意図した通り動作し、出力端子から意図した出力信号(“1”と“0”の時系列信号:出力期待値パターン)が得られるかどうかをテストする測定システムに用いる入力信号と出力信号をテストパターンと呼んでいる。

0010

式(2)の導出については、歩留まりの分散σY2が、故障数確率分布関数ガンマ分布に従うとして求められ、下記の式(3)で表される。

0011

【数4】

0012

具体的な数値を示して検証すると、一般的な半導体装置の歩留まりYは98%、故障検出率fは97%であり、式(2)に当てはめて計算すると、欠陥レベルDLは606ppmとなり、実際の市場での欠陥レベル20ppmより1桁大きな値となる。

背景技術

0013

【特許文献1】
特開平10−294247号公報(第3頁)
【非特許文献1】
ウィリアムブラウン(W.Williams&N.C.Brown)、アイ・イー・イー・イートランザクションオンコンピュータIEEE Transaction on Computer)、「ディフェクトベルアズ アファンクションオブフォルトカバレージ(Defect Level as a Function of Fault Coverage)」、Vol.C30,pp987−988,Dec.1981

0014

しかしながら、上記従来の構成では、欠陥レベルDLは、検査に起因する市場不良率を予測するための品質管理値である。従来はテストパターン作成時、いまの故障検出率fがある値、例えば30%であるとき、所望の欠陥レベルを達成する故障検出率fを、例えば95%まで向上させるには、あといくらのテストパターンが必要であるかが不明であった。

0015

半導体装置の欠陥レベルは、従来の技術で述べたように上記式(2)から算出あるいは、他の既知予測式から算出されていたが、現実の市場での実際の値よりも1桁大きく実用的でなかった。

0016

また、複数のテストパターンが存在する時、テストパターンにおける検知される故障の検出数の関係が未知であったため、現在目標として設定している故障検出率にするためにはあと、何パターンのテストパターンが必要であるかを予想することができなかった。そのために製造現場における検査に起因する市場での不良率と正確に一致しなかった。

発明が解決しようとする課題

0017

本発明では、上記のような従来の課題を解決するものであり、テストパターン長と故障検出率の関係式を導出することで論理的に製造現場における検査に起因する市場不良率とよく一致する実効的欠陥レベル式を算出することを目的とする。

0018

上記目的を達成するために、本発明では、故障検出率とテストパターン長の関係を明らかにし、故障検出率向上のテストパターン作成時、所望の故障検出率、あるいは所望の欠陥レベルを得るためにあといくらのテストパターンが必要なのかの予測を可能にした。

課題を解決するための手段

0019

また、半導体装置の半導体装置が不良をどのくらいの割合で見逃して出荷する指標となる半導体装置の欠陥レベル推定方法として、まず、半導体装置の歩留の算出と半導体装置で発見される故障の発生分布を算出する。ここで、欠陥分布関数と特性を同じくする故障分布関数を用いて欠陥レベルを算出する。

0020

以下、本発明の欠陥レベルの推定方法について、図面を参照しながら説明する。

0021

図1は、本発明の実施の第1の形態である半導体装置の欠陥レベル推定方法を示すフロー図である。

0022

最初に、従来と同様に、半導体装置上に故障の起こる可能性のある箇所がN個(Nは充分大きい)あるとして、個々の故障の起こる確率が独立ですべて等しいとし、X個の故障が起こる確率Pを求める(ステップST4)。次に、確率Pを基に、X=0とした確率が半導体装置の予測歩留まりYを算出する(ステップST5)。次に、歩留まりの分散を故障数の確率分布関数から求め(ステップST6)、従来の欠陥レベルの推定式を導出する(ステップST7)。

0023

次に、半導体装置内の回路の全素子に対してN個の故障の可能性があり、その内でm個の故障はもし故障が発生すればテストパターンによる検査で検出されるとすると故障検出率fをm/Nとし、テストパターンによる検査で検出されない(N−m)個の故障の起こる可能性のある半導体装置の歩留まりをyとすると、半導体回路のチップ面積A(単位:cm2)と、半導体装置が製造される拡散工程等の平均欠陥密度D0(単位:個/cm2)と、平均欠陥密度D0のバラツキ係数をkとすれば、式(1)は式(4)のようになる(ステップST8)。

0024

【数5】

0025

この歩留まりを基に従来と同様に、(N−m)個の故障の起こる可能性のある半導体装置の歩留まりyの分散を式(3)を用いて求める。

0026

(N−m)個の故障の起こる可能性のある半導体装置での故障のある半導体装置を良品として見逃す確率である欠陥レベルDLは式(5)のように表される(ステップST9)。

0027

【数6】

0028

さらに、k=1、Y≒1としてこれを簡略化して

0029

【数7】

0030

次に上記欠陥レベルの数式(6)を用いて、市場不良率の予測を行なう。

0031

従来例で使用した条件と同じ一般的な半導体装置の歩留まりYは98%、故障検出率は97%を上記式に当てはめて計算すると、欠陥レベルDLは18ppmとなり、実際の市場での欠陥レベル20ppmとよく一致する。

0032

次にテストパターン長と故障検出率の関係を導くために、いくつかの仮定を下記のように設ける。
(1)テストパターン数がL個あるとする。ただし、ここでのパターン数は、実際のテストパターン数ではなく、基準化したパターン単位(あるいは1つの基準化した実行パターン長)での個数である。
(2)基準化したL個のテストパターンは、お互いに独立で、故障検出率は等しく、その値をpとする。
(3)L個のテストパターンすべてで検出されない故障個数をm0(故障未検出率f0=m0/N)、1個のテストパターンでのみ検出される故障個数をm1(故障検出率f1=m1/N)、2個のテストパターンで同時に検出される故障個数をm2(故障検出率f2=m2/N)、・・・、i個のテストパターンで同時に検出される故障個数をmi(故障検出率fi=mi/N)、・・・、L個のテストパターンで同時に検出される故障個数をmL(故障検出率fL=mL/N)とする。そして、m1+m2+・・・+mL=m、f1+f2+・・・+fL=fとする。

0033

そうすると、半導体装置のi個のテストパターンで同時に故障が検出される確率p(i)は、次式2項分布で与えられる。

0034

【数8】

0035

いま、Lが充分大きくLpが平均テストパターン長Φに収束するものとすると、数式(7)は次の数式(8)のポアソン分布で表される。

0036

【数9】

0037

そこで、平均テストパターン長Φの確率密度関数としてガンマ分布を考える。すなわちパターン長分布関数として、次式で与える。

0038

【数10】

0039

ここで、Γ(r):ガンマ関数
r :バラツキ係数
C :平均テストパターン長の基準化値
また、テストパターン長の平均値および分散は次式(10)、(11)で与えられる。

0040

平均値E(Φ)=Φ0=rC ・・・(10)
分散 V(Φ)=rC2 ・・・(11)
そうすると、半導体装置のi個のテストパターンで同時に故障が検出される確率p(fi)は、次式(12)となる。

0041

【数11】

0042

そこで、仮定3よりp(0)=f0=1−fとすれば、数式(12)は、f0、f1、f2、・・・、fLの分布チップ全体の故障検出率fで表わす次式(13)ともなる。

0043

【数12】

0044

この式(13)の負の2項分布式の平均値は、平均テストパターン長Φ0を、そして分散は、テストパターンの分散

0045

【外1】

0046

を表わしている。それで負の2項分布の特性式より、次の式(14)と数式(15)が得られる。

0047

【数13】

0048

ここで、いままで議論してきた総テストパターン長Lを次の式(16)で定義する。

0049

【数14】

0050

ここで、[ ]はガウス記号である。そうすると、この式は、故障検出率とテストパターン長の関係を表わしている。

0051

故障検出率とテストパターン長の関係を求めると、r=1として式(14)、(15)から

0052

【外2】

発明を実施するための最良の形態

0053

を求めて式(16)に代入すると故障検出率が7.88%の時にパターン長は1となり、この値を基準にすると、一般に所望の欠陥レベルを得るために必要とされる95%以上の故障検出率を得るためには更に100倍以上のテストパターンが必要であることを示している。

発明の効果

0054

本発明では、上記のような従来の課題を解決するものであり、テストパターン長と故障検出率の関係式を導出することで論理的に製造現場における検査に起因する市場不良率とよく一致する実効的欠陥レベル式を算出することを目的とする。事前に正確な市場不良率を予測することができ、必要な欠陥レベルを推定値より求められる市場不良率を得るために必要なパターン数を予測することが出来る。

図面の簡単な説明

0055

半導体装置の欠陥レベルを請求項1から6の手順を踏むことにより可能とした。これにより、半導体装置の欠陥レベル推定精度の向上を図る事が出来る。

図1
本発明の半導体装置の欠陥レベル推定方法のフロー図
図2
従来の半導体装置の欠陥レベル推定方法のフロー図

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