半導體生產(chǎn)流程由晶圓制造，晶圓測試，芯片封裝和封裝后測試組成，晶圓制造和芯片封裝討論較多，而測試環(huán)節(jié)的相關(guān)知識經(jīng)常被邊緣化，下面集中介紹集成電路芯片測試的相關(guān)內(nèi)容，主要集中在WAT，CP和FT三個環(huán)節(jié)。
圖1 集成電路設(shè)計、制造、封裝流程示意圖
WAT（Wafer Acceptance Test）測試，也叫PCM（Process Control Monitoring），對Wafer 劃片槽（Scribe Line）測試鍵（Test Key）的測試，通過電性參數(shù)來監(jiān)控各步工藝是否正常和穩(wěn)定，例如CMOS的電容，電阻， Contact，metal Line 等，一般在wafer完成制程前，是Wafer從Fab廠出貨到封測廠的依據(jù)，測試方法是用Probe Card扎在Test Key的metal Pad上，Probe Card另一端接在WAT測試機臺上，由WAT Recipe自動控制測試位置和內(nèi)容，測完某條Test Key后，Probe Card會自動移到下一條Test Key，直到整片Wafer測試完成。 WAT測試有問題，超過SPEC，一般對應(yīng)Fab各個Module制程工藝或者機臺Shift，例如Litho OVL異常，ETCH CD 偏小，PVD TK偏大等等。WAT有嚴重問題的Wafer會直接報廢。
圖2 Test Key示意圖
圖3 WAT Probe Card 示意圖
圖4 WAT data chart
CP（Circuit Probing）也叫“Wafer Probe”或者“Die Sort”，是對整片Wafer的每個Die的基本器件參數(shù)進行測試，例如Vt（閾值電壓），Rdson（導通電阻），BVdss（源漏擊穿電壓），Igss（柵源漏電流），Idss（漏源漏電流）等，把壞的Die挑出來，會用墨點（Ink）標記，可以減少封裝和測試的成本，CP pass才會封裝，一般測試機臺的電壓和功率不高，CP是對Wafer的Die進行測試，檢查Fab廠制造的工藝水平。
圖5 黑點為ink
圖6 CP Bin Map示意圖
CP測試程序和測試方法優(yōu)化是Test Engineer努力的方向，下面介紹幾種降低CP測試成本的方法。
1.同一個Probe Card可以同時測多個Die，如何排列可以減少測試時間？假設(shè)Probe Card可以同時測6個Die，那么是2×3排列還是3×2，或者1×6，都會對扎針次數(shù)產(chǎn)生影響，不同的走針方向，也會產(chǎn)生Test時間問題。
圖7 不同走向示意圖
2.隨著晶圓尺寸越來越大，晶圓上的Die越來越多，很多公司CP Test會采用抽樣檢查（Sampling Test）的方式來減少測試時間，至于如何抽樣，涉及不同的Test Recipe，一些大數(shù)據(jù)實時監(jiān)控軟件可以在測試的同時按照一定算法控制走針方向，例如抽測到一個Die失效后，Probe Card會自動圍繞這個Die周圍一圈測試，直到測試沒有問題，再進行下一個Die的抽測，這種方法可以明顯縮短測試時間。
圖8 full map 與 sample test示意圖
FT（final test）是對封裝好的Chip進行Device應(yīng)用方面的測試，把壞的chip挑出來，F(xiàn)T pass后還會進行process qual和product qual，F(xiàn)T是對package進行測試，檢查封裝造廠的工藝水平。FT的良率一般都不錯，但由于FT測試比CP包含更多的項目，也會遇到Low Yield問題，而且這種情況比較復雜，一般很難找到root cause。廣義上的FT也稱為ATE（Automatic Test Equipment），一般情況下，ATE通過后可以出貨給客戶，但對于要求比較高的公司或產(chǎn)品，F(xiàn)T測試通過之后，還有SLT（System Level Test）測試，也稱為Bench Test。SLT測試比ATE測試更嚴格，一般是Function的Test，測試具體模塊的功能是否正常，當然SLT更耗時間，一般采取抽樣的方式測試。
圖9 FT tester 示意圖
小結(jié)一下，WAT是在晶圓制造過程中進行的測試，通過對Die與Die之間Scribe Line的Test Key電學性能的測試，來監(jiān)控Fab制程的穩(wěn)定性；CP測試是制造完成后，封測之前進行的電學測試，把壞的Die標記出來，減少封裝的成本；FT是Die切割，打磨，封裝后進行器件功能性的測試，可以評價封測廠的封裝水平，只有所有的測試都通過后，才可以應(yīng)用到產(chǎn)品上。
