Process Control Monitoring (PCM) 소자 측정 방법

공정이 완료된 Wafer가 Fab out 되기 전, IC가 잘 형성 되었는지 확인 하기 위해서 Fab 안에서는 어떠한 평가를 진행 할 수 있을까? 우선 앞선 글에도 설명한 바와 같이 FAB out 이 되어 Test site로 넘어 가기 전 FAB 안에서는 IC에 직접적으로 손을 댈 수 없기 때문에 Scribe lane에 patterning 된 개별 소자 평가의 결과 값을 바탕으로 IC의 정상 동작 유무를 반증 하여 FAB OUT 진행 한다. 

 따라서 오늘의 Posting 은 반도체 공정을 진행한 Wafer에 형성되는 각종 소자(Tr., 저항, 다이오드, Capacitor등)의 전기적 특성을 측정하여 공정 진행 상태를 판단 할 수 있는 DC Parameter를 추출하는 과정을 PCM(Process Controlled Monitor) Parameter 측정 방법을 정리 하고자 하고,  이를 위해서는 Wafer에서 구현되는 회로를 대변하는 각종  소자들의 적절한 전기적 특성을 추출하기 위한 Test Pattern들을 정리 해보고자 한다.

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Test Pattern의 구조

하기의 이미지는 은 Tr.은 단면도와 Layout 이미지 이다. Transistor의 측정에 사용되는 단자는 Gate,Drain,Sub의 3개이며 Source는 특별한 경우를 제외하고는 Ground로 놓는다.

이 3개의 단자가 Variable1, Variable2, Constant를 구성하며 각각의 측정 Item에 대해 해당 항목에 사용되는 변수가 다르다. 여기에서 Variable1은 측정조건을 Sweep하는 것을 의미하며 측정Graph의 X축에 해당한다. 그리고 Variable2는 특정한  몇개의 값을 가지며, Constant는 일정한 1개의 값을 가진다. 그림 7-2은 Tr.의 Ids-Vds 특성곡선으로, Vd는 Variable1이며 Vg는 Variable2이며 Vb는 Constant이다.

단일 Transistor Test Pattern의 구조

Gate 전압 크기에 따른 Drain Current 변화 그래프

 

Saturation Current 측정 방법

 우선 Saturation current란  Drain과 Gate에 동작전압(Vdd) 인가시의 Channel 에 흐르는 Drain Current로 함께 소자의 특성을 결정하는 주요 Parameter이며 회로의 Performance를 결정함. 또한 Saturation Current가 수율과 직접적인 영향을 미치기 때문에, 반도체 공정 개선을 통하여 해당 값을 조절 하는 데 중요한 Parameter 로 사용 되어 지고 있다.

모든 FAB에서 하기의 방법으로 측정 하는지 확인은 할 수 없지만, 대부분의 Poly gate Transistor를 사용 하는 공정 에서는 하기의 방법으로 Saturation current를 측정 하는 것으로 알고 있다.

 

• 측정 방법 : Drain에 동작전압을 인가.  Source와 Sub는 Ground. Gate에 전압을 0V에서 동작전압까지 sweep하여 IDS-VGS 특성을 측정. VGS=동작전압에서의 IDS가IDsat임.

Saturation current 측정 방법