수율 개선의 첫 단계 상관성 분석이란 무엇일까?

내가 현업에 들어 오기 전인 학생 때에 반도체 직무 Job Description을 보면 막연하게 최적의 공정 Recipe를 적용 하여 수율 개선 업무를 진행 한다. 라고만 적혀 있었다. 그 때에 나는 현업에 입사 하게 되면 꼭 취업 준비생 이나 내가 아는 후배들에게 관련 내용을 정리 하여 전달 해주겠다는 목표를 세웠다.

어떠한 Data를 비교해 보고, 어떠한 분석 방법으로 내가 개선할 단위 공정 (ex: IMP, PHOTO..)을 설정 하며 공정 Recipe Tuning을 요청 하여, 수율 개선을 할 지 에 대한 방법에 대한 정리 말이다. 

그래서 이번 포스팅엔 반도체 회사에서 수율 개선을 할 때에 가장 많이 사용 되는 상관성 분석에 대한 내용을 포스팅 하고자 한다. 

 

상관성 분석이란 ? 

 상관성 분석이란, 변수 x를 수평축에 놓고 변수 y를 수직 축에 놓은 후 or 두 개의 변수를 수평과 수직축에 놓은 후에 

각 관측 값의 짝을 좌표 위에 표시함으로써 얻게 되는 그래프이며 우리는 이를 통해서 시각적으로 두 변수간의 관계가 어떤지 대략적으로 파악할 수 있습니다.

 

 

반도체 IC 수율 개선에는 왜 상관성 분석이 사용 되는 걸까?

개별 Wafer에 대한 PCM Data와, 수율 자료에 대한 상관성 분석을 진행 해보면 우리가 개선을 할 수 있는 공정을 선택 할 수 있게 된다. (PCM Data 값을 보고, 8대 공정 중 특정 공정을 Fix 할 수 있는 경험은 현업으로 입사 하게 되면 경험 그리고 기술 교육을 통해 습득 할 수 있으니, Process위주로 학습을 하자.)

하기의 그래프는 내가 임의로 만든 NMOS Thrshold voltage 값과 Probe Test 결과 완료 된 Data의 상관성 분석 Graph 이다. 

하기의 임의의 그래프를 보면 X축은 PMOS의 Drain 전류 값이며, Y 축은 불량율, 각 하나의 점이 의미 하는 바는 Wafer 1장당 각각의 (PMOS Drain 전류, 불량율) 임을 알 수 있다.

그래프를 분석 해보자면, PMOS IDsat이 증가 하면서 불량율이 증가 함을 알 수 있으며, 우리는 불량율을 줄이려면 즉 수율 개선을 하기 위해선 약 2.14 mA 이하로 공정을 최적화 시켜야 수율 개선이 됨을 알 수 있다.

 

PMOS Drain 전류와 불량율 상관 관계 (예시)

 

상관성 분석 후엔 어떠한 공정을 개선 해야 할까?

현업에서는 수율 개선을 할 때에 단일 공정만 Tuning 해서 수율이 최적화 되는 것은 아니다. 다만  Threshold voltage or PMOS Idsat 을 우리가 원하는 방향으로 공정 최적화 시켜야 할 때엔 보통 IMPlant 공정의 조건을 Tuning 하는 실험을 진행 하여 우리가 원하는 2.14mA 이하의 값으로 출력 되게 공정을 최적화 시킨다. ( 소자에 대한 기술적인 부분은 Confidential Data이기 때문에 자세한 내용은 생략 한다)

 

상관성 분석에서 끝나는게 아니라 우리는, 다시 Tuning 된 공정의 진행이 다 완료가 되면 다시 한번 수율을 확인 하므로써 우리가 원하는 Drain 전류 값이 출력 되었을 때 Fail Rate이 줄어드는지 확실히 확인을 하고 양산 조건으로 최종 적용을 해야 수율 개선 작업이 완료 될 수 있다.