JP2010114249A - Semiconductor evaluation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体評価システムに関し、特に、行列型に配置されたテスト用半導体素子の電気特性の測定結果を処理する半導体評価システムに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor evaluation system, and more particularly, to a technique effective when applied to a semiconductor evaluation system that processes measurement results of electrical characteristics of test semiconductor elements arranged in a matrix.
例えば、ウエハ上に複数配置されたチップの中に存在するある一つの半導体素子に対して、その電気的特性測定結果を保存、データベース化、および測定結果からの物理変数の抽出、抽出した物理変数の統計量を求めるソフトウェアが知られている。このようなソフトウェアの一例として、非特許文献1に示される電気特性評価システムが挙げられる。
近年、半導体素子の微細化が進むにつれて、まったく同一に設計された素子がもつ、素子に含まれる不純物イオン数のばらつきなど自然現象に起因する電気特性ばらつきが問題となっており、この電気特性ばらつきを評価する必要性が高まっている。このため、ウエハ上に複数配置されたチップそれぞれの中に、同一の仕様の半導体素子を行列状に多数配置し、これらの半導体素子の電気特性を測定し、電気特性ばらつきを評価することが行われている。このように同一仕様の半導体素子を多数配置したTest Element Group(以下TEGと呼ぶ)を行列型配置TEG(図1参照)と呼ぶ。 In recent years, with the progress of miniaturization of semiconductor elements, variations in electrical characteristics due to natural phenomena, such as variations in the number of impurity ions contained in the elements, which have exactly the same design, have become a problem. There is a growing need to evaluate. For this reason, a large number of semiconductor elements having the same specifications are arranged in a matrix in each of a plurality of chips arranged on the wafer, and the electrical characteristics of these semiconductor elements are measured to evaluate variation in the electrical characteristics. It has been broken. A test element group (hereinafter referred to as TEG) in which a large number of semiconductor elements having the same specifications are arranged in this way is referred to as a matrix arrangement TEG (see FIG. 1).
しかしながら、例えば、非特許文献1の電気特性評価システムを代表とする従来のソフトウェアでは、任意の構造を持つ行列型配置TEGの測定結果を取り扱うことができなかった。このため行列型配置TEGの測定結果を解析するために、汎用の統計計算ソフトウェア等を用いて行列型配置TEGの種類や、そこに含まれる半導体素子の種類ごとに個別に計算を行っており、測定結果の解析に多くの労力を要していた。
However, for example, conventional software represented by the electrical characteristic evaluation system of Non-Patent
そこで、本発明の目的の一つは、行列型配置TEGに含まれる半導体素子の電気特性ばらつきを効率よく解析可能な半導体評価システムを提供することにある。本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a semiconductor evaluation system capable of efficiently analyzing variations in electrical characteristics of semiconductor elements included in the matrix arrangement TEG. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of a typical embodiment will be briefly described as follows.
本実施の形態による半導体評価システムを構成するコンピュータシステムに、予め、ウエハ面内のチップ配置情報や、行列型配置TEGの行列規模、またこの行列型配置TEG内のどの位置にどのような仕様の半導体素子が配置させているかなど、測定結果から物理変数やその統計量を計算するために必要な情報を記憶させておく。また、測定装置による測定結果が記載されるファイルには、測定したTEGの種類や測定時のバイアスや温度、測定した半導体素子の行列型配置TEG内における位置を示す番地が併せて記載されるようにしておく。この測定結果ファイルは、測定終了後に測定装置によって自動的に生成され、ネットワーク等を介してコンピュータシステムの記憶装置内の特定位置に置かれる。コンピュータシステムは、稼働中につねにこの位置を監視しており、測定結果ファイルが投入されるごとに測定結果ファイルから半導体素子のしきい値などの物理変数を計算し、これらの平均値や標準偏差といった統計量を計算する。さらに、コンピュータシステムは、これらの計算結果をデータベース化して管理し、後で半導体素子の種類や測定条件などを検索条件として、これらの計算結果を検索できるようにする。コンピュータシステムは、この検索結果を、その場で画面に表示することも、データファイルとして出力することも可能となっている。 In the computer system constituting the semiconductor evaluation system according to the present embodiment, the chip arrangement information on the wafer surface, the matrix size of the matrix arrangement TEG, and what specifications in which position in the matrix arrangement TEG are previously set. Information necessary for calculating a physical variable and its statistic from the measurement result, such as whether a semiconductor element is arranged, is stored. In addition, the file describing the measurement results by the measurement apparatus also describes the type of the measured TEG, the bias and temperature at the time of measurement, and the address indicating the position of the measured semiconductor element in the matrix arrangement TEG. Keep it. This measurement result file is automatically generated by the measurement device after the measurement is completed, and is placed at a specific position in the storage device of the computer system via a network or the like. The computer system constantly monitors this position during operation, and every time a measurement result file is input, it calculates physical variables such as semiconductor device threshold values from the measurement result file, and averages or standard deviations of these variables. The statistic is calculated. Furthermore, the computer system manages these calculation results in a database, and allows these calculation results to be searched later using the type of semiconductor element, measurement conditions, and the like as search conditions. The computer system can display the search result on the screen on the spot or output it as a data file.
このように、任意の構造を持つ行列型配置TEGの測定結果や、測定結果から計算される半導体素子の特性を示す物理変数、およびこれらの平均値や標準偏差といった統計量を自動的に計算し、後に検索できるようにデータベース化して保存するシステムを用いることにより、半導体素子の電気特性ばらつきを効率よく解析することが可能となる。 As described above, the measurement result of the matrix arrangement TEG having an arbitrary structure, the physical variables indicating the characteristics of the semiconductor element calculated from the measurement result, and the statistics such as the average value and the standard deviation are automatically calculated. By using a system that stores and stores a database so that it can be searched later, it becomes possible to efficiently analyze variations in electrical characteristics of semiconductor elements.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、行列型配置TEGに含まれる半導体素子の電気特性ばらつきを効率よく解析可能となる。 Of the inventions disclosed in this application, the effects obtained by the representative embodiments will be briefly described. It becomes possible to efficiently analyze the variation in electrical characteristics of the semiconductor elements included in the matrix arrangement TEG.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
<半導体評価システムの全体構成>
図2は、本発明の実施の形態1による半導体評価システムにおいて、その構成の一例を示すブロック図である。図2に示す半導体評価システムは、互いにネットワーク60によって接続された、測定システム30、データ処理用コンピュータ40、およびクライアントサーバ50によって構成される。測定システム30は、ウエハプローバ10とこれと電気的に接続された測定装置20を備えている。測定装置20はネットワークを介してデータ処理用コンピュータ40に接続されている。データ処理用コンピュータ40は、ハードディスク41を備えており、この中に、データ処理ソフトウェアと、測定システム30からネットワーク60を介して受信した測定結果と、この測定結果から導出した物理変数と、測定結果や物理変数の統計処理結果を保存する。クライアントサーバ50は、ネットワーク60を介してデータ処理用コンピュータ40にアクセスでき、これによって必要な各種情報を入手可能となっている。なお、ここでは、ネットワーク60にクライアントサーバ50が1台接続されているが、勿論、複数台接続されていても良い。
(Embodiment 1)
<Overall configuration of semiconductor evaluation system>
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the semiconductor evaluation system according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor evaluation system shown in FIG. 2 includes a
<測定対象ウエハの構成>
図3は、図2の半導体評価システムにおいて、その測定対象となる半導体ウエハの構成例を示す平面図である。図1は、図3における行列型配置TEGのより詳細な構成例を示す模式図である。図3に示すように、半導体ウエハ(適宜、ウエハと略す)WF内部には、それぞれ同一構成となる複数個の半導体チップ(適宜、チップと略す)CPが存在しており、各チップCPは、それぞれ構成が異なる複数(ここでは9個)のサブブロックSB11〜13,SB21〜23,SB31〜33に分割されている。さらに個々のサブブロックSBの内部には、それぞれ構成が異なる複数(ここでは4個)の行列型配置TEG(TEG_ARY_A〜TEG_ARY_D)が設けられている。
<Configuration of wafer to be measured>
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor wafer to be measured in the semiconductor evaluation system of FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a more detailed configuration example of the matrix arrangement TEG in FIG. As shown in FIG. 3, there are a plurality of semiconductor chips (appropriately abbreviated as chips) CP each having the same configuration inside a semiconductor wafer (appropriately abbreviated as wafer) WF. The sub-blocks are divided into a plurality (9 in this case) of sub-blocks SB11-13, SB21-23, and SB31-33 having different configurations. Furthermore, a plurality (here, four) of matrix type arrangements TEG (TEG_ARY_A to TEG_ARY_D) having different configurations are provided in each sub-block SB.
1つの行列型配置TEG(TEG_ARY)の中には、図1に示すように、複数種類(ここでは3種類)の半導体素子グループSEG_A〜SEG_Cが設けられ、半導体素子グループSEGのそれぞれは、同一種類の複数の半導体素子SEによって構成される。各半導体グループは、例えば素子サイズ毎の分類となっており、この場合、例えばSEG_Aの半導体素子SEの素子サイズとSEG_Bの半導体素子SEの素子サイズが異なっている。図1の行列型配置TEG(TEG_ARY)は、ロウ・デコーダDEC_Rおよびカラム・デコーダDEC_Cを備えている。測定システム30は、TEG_ARYに対して素子アドレス指定信号を順次切り換えながら送信することで、TEG_ARY内の測定対象となる半導体素子SEを順次切り換えながら測定を行う。
In one matrix type arrangement TEG (TEG_ARY), as shown in FIG. 1, plural types (here, three types) of semiconductor element groups SEG_A to SEG_C are provided, and each of the semiconductor element groups SEG has the same type. The plurality of semiconductor elements SE. Each semiconductor group is classified by element size, for example. In this case, for example, the element size of the semiconductor element SE of SEG_A is different from the element size of the semiconductor element SE of SEG_B. The matrix type arrangement TEG (TEG_ARY) of FIG. 1 includes a row decoder DEC_R and a column decoder DEC_C. The
<ハードディスク41内のフォルダ構造>
図4は、図2の半導体評価システムにおいて、そのデータ処理用コンピュータ40内のハードディスク41のフォルダ構造例を示す説明図である。図4において、プログラム格納フォルダF10には、データ処理プログラムが格納される。データ投入フォルダF20には、図1の測定システム30からの測定結果ファイルF21が一時的に投入される。データベースフォルダF30には、測定結果ファイルF21内の測定データおよびこの測定データから導出した物理量やその統計量を計算した結果がデータベースとして保存される。条件フォルダF40は、測定データの処理や検索等に必要な条件を記載した各種ファイルが格納される。
<Folder structure in the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a folder structure example of the
データベースフォルダF30の下には、さらに、ロットフォルダF31、グループフォルダF32、ウエハフォルダF33、サブブロックフォルダF34、TEGフォルダF35、素子種類フォルダF36、測定条件フォルダF37がツリー構造で配置される。さらに、測定条件フォルダF37の下に、測定データや、そこから計算した物理変数を記録した測定データファイルF38が配置される。ここで、例えば、図1および図3の構成例を例とすると、図4のウエハフォルダ1(F33)の中には9個のサブブロックフォルダ1〜9(F34)が作成され、その内の1個のサブブロックフォルダ1(F34)の中には4個のTEGフォルダ1〜4(F35)が作成される。更に、その内の1個のTEGフォルダ1(F35)の中には3個の素子種類フォルダ1〜3(F36)が作成され、その内の1個の素子種類フォルダ1(F36)の中には、異なる測定条件の数に応じた測定条件フォルダ1,2,…(F37)が作成される。そして、その内の1個の測定条件フォルダ1(F37)の中にウエハ内のチップ数分(ここでは32個)の測定データファイル1〜32(F38)が作成される。また、条件フォルダF40の下には、チップ配置定義ファイルF41、TEG構造定義ファイルF42、測定条件ファイルF43が配置される。
Below the database folder F30, a lot folder F31, a group folder F32, a wafer folder F33, a sub-block folder F34, a TEG folder F35, an element type folder F36, and a measurement condition folder F37 are arranged in a tree structure. Further, a measurement data file F38 in which measurement data and physical variables calculated therefrom are recorded is arranged under the measurement condition folder F37. Here, for example, in the configuration example of FIGS. 1 and 3, nine
<各ファイル内の構造>
図5Aおよび図5Bは、図4における測定結果ファイルF21内の構造例を示す説明図である。測定結果ファイルF21は、例えば評価を行っている半導体素子SEが電界効果型トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)の場合、しきい値(しきい値電圧)のように素子ごとに1つの値を返す場合と、Ids−Vgs特性のように素子ごとに複数の値を返す場合があるが、どちらの場合にも対応することができる。図5Aには、MOSFETのIds−Vgs特性を測定した場合が示され、図5Bには、MOSFETのしきい値を測定した場合が示されている。図5Aおよび図5Bにおいて、ファイル内部にはロット番号、グループ番号、ウエハ番号、チップ番号(チップ座標)、サブブロック名、行列型配置TEG名、測定条件、測定日時、ウエハサイズが記載してある。続けて、行列型配置TEG内の半導体素子の位置を示すアドレス(X,Y)と、当該半導体素子の測定データが並行して出力されている。ここでグループ番号とは、同一の測定条件で繰り返し測定を行う場合に、測定同士を識別するための番号である。
<Structure in each file>
5A and 5B are explanatory diagrams showing an example of the structure in the measurement result file F21 in FIG. For example, when the semiconductor element SE to be evaluated is a field effect transistor (MOSFET), the measurement result file F21 is one for each element such as a threshold value (threshold voltage). There are a case where a value is returned and a case where a plurality of values are returned for each element like the Ids-Vgs characteristic, but both cases can be dealt with. FIG. 5A shows a case where the Ids-Vgs characteristic of the MOSFET is measured, and FIG. 5B shows a case where the threshold value of the MOSFET is measured. 5A and 5B, the lot number, group number, wafer number, chip number (chip coordinates), sub-block name, matrix type arrangement TEG name, measurement conditions, measurement date and time, and wafer size are described in the file. . Subsequently, the address (X, Y) indicating the position of the semiconductor element in the matrix arrangement TEG and the measurement data of the semiconductor element are output in parallel. Here, the group number is a number for identifying measurements when repeated measurement is performed under the same measurement conditions.
図6は、図4におけるチップ配置定義ファイルF41内の構造例を示す説明図である。チップ配置定義ファイルF41では、ウエハWF面内でのチップ配置が記載されている。ここでは、8インチウエハ用のチップ配置方法と、12インチウエハ用のチップ配置方法に対して、そのチップ座標の範囲と、その中で無効となるチップ座標が定義されている。このチップ配置定義ファイルF41を用いることで、例えば、後述するようにウエハWF内に含まれる各行列型配置TEGの測定結果に対して統計処理を行った際に、その結果をウエハWF全体のイメージで視覚化して表示することができる。これによって、ウエハWF面内の特性分布の偏り等が容易に判断できる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a structural example in the chip arrangement definition file F41 in FIG. The chip arrangement definition file F41 describes the chip arrangement within the wafer WF plane. Here, for the chip placement method for an 8-inch wafer and the chip placement method for a 12-inch wafer, the range of chip coordinates and the chip coordinates that are invalid in the range are defined. By using this chip arrangement definition file F41, for example, when statistical processing is performed on the measurement result of each matrix type arrangement TEG included in the wafer WF as will be described later, the result is an image of the entire wafer WF. Can be visualized and displayed. Thereby, it is possible to easily determine the deviation of the characteristic distribution in the wafer WF plane.
図7は、図4におけるTEG構造定義ファイルF42内の構造例を示す説明図である。TEG構造定義ファイルF42には、各行列型配置TEGの配置されているサブブロック名、行列型配置TEGの名称、行列型配置TEGの種類(NMOS、PMOS、抵抗素子、容量素子等)、行列型配置TEG内における半導体素子の種類(図1の半導体素子グループSEG)毎の位置(アドレス)の範囲が定義されている。加えて、物理変数を計算する際の条件が定義され、半導体素子の種類を識別するためのコメントが記載されている。半導体素子がMOSFETの場合、例えば、素子特性を示す物理変数である定電流法しきい値を計算する際の判定電流や、同じく素子特性を示す物理変数であるオン状態電流を読み取る時のゲート電圧が記載されている。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a structural example in the TEG structure definition file F42 in FIG. In the TEG structure definition file F42, the name of the sub-block in which each matrix type arrangement TEG is arranged, the name of the matrix type arrangement TEG, the type of the matrix type arrangement TEG (NMOS, PMOS, resistance element, capacitance element, etc.), matrix type A range of positions (addresses) for each type of semiconductor element (semiconductor element group SEG in FIG. 1) in the arrangement TEG is defined. In addition, conditions for calculating physical variables are defined, and comments for identifying the types of semiconductor elements are described. When the semiconductor element is a MOSFET, for example, a gate voltage when reading a determination current when calculating a constant current method threshold that is a physical variable indicating element characteristics, and an on-state current that is also a physical variable indicating element characteristics Is described.
データ処理用コンピュータ40は、図5Aや図5Bに示されるようにチップ毎に生成される測定結果ファイルF21を受け、そこに記載されているロット番号、グループ番号、ウエハ番号、サブブロック名、行列型配置TEG名を認識して、図4のロットフォルダF31からTEGフォルダF35までの分類を行う。次いで、測定結果ファイルF21に記載されている測定対象の行列型配置TEGのアドレス(X,Y)を認識し、図7のTEG構造定義ファイルF42を参照することで行列型配置TEG内における半導体素子の種類(半導体素子グループSEG)を判別し、図4の素子種類フォルダF36への分類を行う。更には、測定結果ファイルF21に記載されている測定条件に基づいて測定条件フォルダF37への分類を行い、対応する測定条件フォルダF37の中に、当該測定結果ファイルF21内の測定データを測定データファイルF38として生成および格納する。この測定データファイルF38を生成する際には、必要に応じてTEG構造定義ファイルF42を参照し、物理変数の計算を行う。
The
図8は、図4における測定条件ファイルF43内の構造例を示す説明図である。測定時に半導体素子に印加された電圧、測定時の温度が記載されている。この測定条件ファイルF43は、測定結果ファイルF21をデータ投入フォルダF20に投入した後、その測定結果ファイルF21の記載内容を、前述したようにデータベースフォルダF30内で分類して格納する際に、測定結果ファイルF21内に記載されている各種測定条件を抽出することで自動的に作成される。この測定条件ファイルF43は、データベース化した後に測定条件毎の検索ができるように設けられている。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a structural example in the measurement condition file F43 in FIG. The voltage applied to the semiconductor element during measurement and the temperature during measurement are described. After the measurement result file F21 is input to the data input folder F20, the measurement condition file F43 is used when the contents of the measurement result file F21 are classified and stored in the database folder F30 as described above. It is automatically created by extracting various measurement conditions described in the file F21. The measurement condition file F43 is provided so that a search for each measurement condition can be performed after making the database.
<データ処理用コンピュータの機能概略>
データ処理用コンピュータ40は、測定結果ファイルF21から測定データを読み取る。測定データはそのもので半導体素子の特性を示す物理変数である場合や、測定データから半導体素子の特性を示す物理変数を計算する場合がある。このようにして得られた物理変数の統計量を計算する。ここで物理変数とは、例えば評価する半導体素子がMOSFETであれば、定電流法しきい値、外挿法しきい値やオン状態における電流値が挙げられる。その他の例として半導体素子が抵抗素子であれば抵抗値、容量素子であれば容量値、リングオシレータであれば発振周波数などが挙げられる。これらのデータをグループ番号、ロット番号、チップ番号、TEG名、素子種類名、素子のアドレス、測定条件などの検索条件を基に検索できるようにデータベース化する。
<Outline of data processing computer functions>
The
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図9は、図2の半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system of FIG.
<<測定データの入力と計算処理>>
まず、測定装置20が、ウエハWFに対して所定の測定を行い、その半導体チップCP毎の測定結果を測定結果ファイルF21としてデータ処理用コンピュータ40に転送する。データ処理用コンピュータ40は、この測定結果ファイルF21をハードディスク41上にダウンロードし(S11)、それをデータ投入フォルダF20へ移動する(S12)。データ処理用コンピュータ40は、起動している間、プログラム格納フォルダF10にある行列型配置TEG測定データ処理プログラムによって常にデータ投入フォルダF20を監視しており、測定データファイルF21がデータ投入フォルダF20に投入され次第、物理変数の抽出やこの物理変数の統計量の計算を開始する。そして、測定結果ファイルF21に記載してあるTEG名および素子のアドレスと、TEG構造定義ファイルF42を基に各半導体素子SEの物理変数の抽出を行い、チップ内の半導体素子種類(半導体素子グループSEG)毎の物理変数の平均値、標準偏差などの統計量の計算を行う(S13)。ここで、例えば抽出する物理変数がMOSFETの外挿法しきい値の場合、線型領域と飽和領域で計算方法を変えることも可能である。また測定結果として物理変数そのものが記載されている場合は、物理変数の計算動作はスキップされる。
<< Measurement data input and calculation process >>
First, the
さらに、データ処理用コンピュータ40は、半導体素子種類ごとに得られた物理変数を大小順にソーティングし、累積度数分布グラフを作成する(S14)。次いで、これらの測定データ(S13とS14で得られた物理変数の値およびその統計量、大小順へのソーティング結果、および累積度数分布グラフ)を、図4等で説明したように、その測定対象に応じたフォルダ(ロットフォルダF31〜測定条件フォルダF37)に分類し、測定データファイルF38として保存する(S15)。さらに、ウエハWF面内にある半導体素子SEのうち同一の種類の半導体素子(同一の半導体素子グループSEG)の物理変数についてウエハ単位の平均値や標準偏差などの統計量の計算を行う(S16)。この処理は、図4における1つの測定条件フォルダF37内に含まれることになる半導体チップ数分の測定データファイルF38を参照すればよい。さらにウエハWF単位で物理変数の大小順にソーティングを行い、累積度数分布グラフを作成する(S17)。得られたウエハWF面内の統計量についても測定データファイルF38の1つとして保存する(S18)。
Further, the
<<測定データの検索>>
ユーザが、データ処理用コンピュータ40またはクライアントサーバ50を用いて、グループ番号、ロット番号、チップ番号、TEG名、半導体素子種類名、測定バイアス条件などの検索条件を入力する(S19)。データ処理用コンピュータ40は、検索条件に基づき、ハードディスク41に保存されている半導体素子の測定結果や、ここから計算した物理変数およびその統計量、ソーティングした結果や累積度数分布グラフを出力する(S20)。半導体素子ごとの測定結果や、ここから計算した物理変数は、半導体素子の配置位置を示す番地と共に出力することも可能である。検索結果の出力方法は、データ処理用コンピュータ40または、クライアントサーバ50の画面上に表示することも、データファイルに書き出すことも可能である。
<< Search for measurement data >>
The user uses the
<本実施の形態1の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態1の半導体評価システムを用いると、任意の構造の行列型配置TEGに対して、そこに含まれる複数の半導体素子の電気特性測定結果から半導体素子の物理変数を計算し、この平均値や標準偏差などの統計量の計算、大小順のソーティングが自動的に計算できる。これにより、行列型配置TEGに含まれる半導体素子の電気特性ばらつきを効率よく解析可能となり、解析時間の短縮および解析の容易化などが図れる。
<Main Effects of Semiconductor Evaluation System of First Embodiment>
When the semiconductor evaluation system according to the first embodiment is used, a physical variable of a semiconductor element is calculated from the measurement result of electric characteristics of a plurality of semiconductor elements included in a matrix arrangement TEG having an arbitrary structure, and this average is calculated. Statistics, such as values and standard deviation, and sorting in order of size can be calculated automatically. As a result, it is possible to efficiently analyze the variation in electrical characteristics of the semiconductor elements included in the matrix arrangement TEG, thereby shortening the analysis time and facilitating the analysis.
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体評価システムは、実施の形態1の各機能に加えて、半導体素子の測定結果から計算した物理変数が異常値であるかどうかについて、統計学の検定理論に基づいて判定する機能を備えたことが特徴となっている。以下、実施の形態1との差異に着目して説明を行う。
(Embodiment 2)
In addition to the functions of the first embodiment, the semiconductor evaluation system of the second embodiment determines whether a physical variable calculated from the measurement result of a semiconductor element is an abnormal value based on statistical test theory. It is characterized by having the function to do. Hereinafter, description will be made focusing on differences from the first embodiment.
<ハードディスク41内のフォルダ構造>
図10は、本発明の実施の形態2による半導体評価システムにおいて、図2のデータ処理用コンピュータ40内のハードディスク41のフォルダ構造例を示す説明図である。図10に示すように、ハードディスク41内のフォルダのうち、条件フォルダF40の下に検定条件ファイルF44が配置されている。
<Folder structure in the
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a folder structure example of the
<検定条件ファイルF44内の構造>
図11は、図10における検定条件ファイルF44内の構造例を示す説明図である。図11の検定条件ファイルF44内には、各行列型配置TEG内に含まれる素子番号(すなわち半導体素子の種類(半導体素子グループSEG)に該当)毎のチップレベル検定、ウエハレベル検定に用いる判定条件が記載されている。判定条件として、チップレベル検定時の有意水準、ウエハレベル検定時の有意水準、チップ内にチップレベル検定によって棄却される半導体素子が多数個存在した場合に、そのチップを棄却するか判定する条件(Nrjc)が記載してある。
<Structure in test condition file F44>
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a structural example in the test condition file F44 in FIG. In the verification condition file F44 of FIG. 11, determination conditions used for chip level verification and wafer level verification for each element number (ie, corresponding to the type of semiconductor element (semiconductor element group SEG)) included in each matrix type arrangement TEG. Is described. As judgment conditions, the significance level at the time of chip level verification, the significance level at the time of wafer level verification, and a condition for determining whether or not to reject a chip when there are a large number of semiconductor elements to be rejected by the chip level verification in the chip ( Nrjc).
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図12は、本発明の実施の形態2による半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。図2のデータ処理用コンピュータ40は、まず、チップレベルでの検定を行う。この検定を以下チップレベル検定と呼ぶ。図9に示したようにチップ内の半導体素子種類ごとに大小順にソーティングされた物理変数のうち、最大値と最小値が異常値であるか否かについて統計学の検定理論に基づいて判断を行う(S101)。判定に用いる物理変数は、例えば半導体素子がMOSFETであり、測定データがIds−Vgs測定であれば定電流法しきい値、外挿法しきい値やオン状態電流を用いる。測定システムで直接しきい値やオン状態電流だけを測定して出力している場合は、その値を判定に用いても良い。検定理論としては、例えば、グラブズ・スミルノフ棄却検定法と呼ばれるものがある。チップレベル検定に用いる有意水準値は検定条件ファイルF44より読み込む。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 12 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system according to the second embodiment of the present invention. The
ここで最大値と最小値が共に棄却されなければ、対象としているチップ内には異常素子がないものとして、チップレベル検定を終了する(S102)。最大値または、最小値が異常値であると判定された場合は、その値は棄却されるものとし、測定データファイルF38中の該当する半導体素子の項目にフラグを立てる(S103)。これにより測定結果を出力する際に、検定結果を示すフラグも同時に出力できるようにして、行列型配置TEG内のどの番地の半導体素子が異常であったかがすぐさまわかるようにする。先に棄却された物理変数を除き、最大値、最小値になる値を再度選び出し、検定を行う(S104)。S101〜S104を繰り返し、異常値がなくなるまでチップレベル検定を行う。このとき棄却された測定値の数Nは測定データファイルF38内に記録されて、次のウエハレベル検定における判断基準の1つになる。チップレベル検定が終了した段階で、各チップ内の半導体素子種類ごとの物理変数の統計量を棄却されなかった素子のデータだけを用いて再度計算し、検定後の統計量として測定データファイルF38に記録する(S105)。 Here, if both the maximum value and the minimum value are not rejected, it is assumed that there is no abnormal element in the target chip, and the chip level test is terminated (S102). When it is determined that the maximum value or the minimum value is an abnormal value, the value is rejected, and a flag is set for the corresponding semiconductor element item in the measurement data file F38 (S103). As a result, when the measurement result is output, a flag indicating the test result can be output at the same time, so that the address of the semiconductor element in the matrix arrangement TEG can be immediately determined. Except for the physical variables rejected previously, the maximum and minimum values are selected again and the test is performed (S104). S101 to S104 are repeated, and the chip level test is performed until there are no more abnormal values. The number N of measurement values rejected at this time is recorded in the measurement data file F38 and becomes one of the judgment criteria in the next wafer level test. At the stage where the chip level test is completed, the statistic of the physical variable for each type of semiconductor element in each chip is calculated again using only the data of the element that has not been rejected, and the statistic after the test is stored in the measurement data file F38. Record (S105).
次に各チップの統計量と棄却された測定値の数Nを元にウエハレベル検定を行う。あるチップにおいてNが検定条件ファイルF44に記載された判定値Nrjc以上である場合、そのチップ自体が異常であるとして、そのチップは棄却する(S106)。また各チップの平均値と標準偏差を1つの物理変数として、グラブズ・スミルノフ棄却検定法などの検定理論を用いて検定を行う。チップレベル検定と同様にまず物理変数のうち最大・最小値の検定を行う(S107)。このとき検定に用いる有意水準については検定条件ファイルに記載されている値を用いる。ここで異常値がなければ検定を終了する(S108)。異常値があった場合は該当するチップにフラグを立てて測定データファイルF38に記録し、測定結果を検索、出力した際にどのチップが棄却されたかについてわかるようにする(S109)。異常値を取り除き、再度最大・最小値を選び出して検定を行う(S110)。S107〜S110を繰り返し異常チップがなくなるまで検定を行う。最後にウエハ単位の検定で棄却されたチップを除外して統計量の再計算を行う(S111)。 Next, a wafer level test is performed based on the statistics of each chip and the number N of rejected measurement values. If N is greater than or equal to the determination value Nrjc described in the test condition file F44 for a certain chip, the chip is rejected as being abnormal (S106). In addition, the test is performed using a test theory such as the Grabs-Smirnov Rejection Test with the average value and standard deviation of each chip as one physical variable. Similar to the chip level test, first, the maximum and minimum values of physical variables are tested (S107). At this time, as the significance level used for the test, the value described in the test condition file is used. If there is no abnormal value, the test is terminated (S108). If there is an abnormal value, the corresponding chip is flagged and recorded in the measurement data file F38 so that it can be known which chip has been rejected when the measurement result is retrieved and output (S109). The abnormal value is removed, and the maximum / minimum value is selected again and the test is performed (S110). The test is repeated until there are no abnormal chips by repeating S107 to S110. Finally, the statistic is recalculated by excluding chips rejected in the wafer unit test (S111).
<本実施の形態2の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態2の半導体評価システムを用いると、実施の形態1で述べた効果に加えて、測定異常値の判定を自動的に行うことができ、半導体素子の電気特性ばらつきの解析において必要な測定異常値の除去作業から開放される。また検定条件を検定条件ファイルに記載しておくことにより、複数の種類の半導体素子の検定を、半導体素子ごとに設定できる任意の判定条件によって自動的に検定することが可能になる。
<Main effects of the semiconductor evaluation system according to the second embodiment>
When the semiconductor evaluation system of the second embodiment is used, in addition to the effects described in the first embodiment, the measurement abnormal value can be automatically determined, which is necessary for the analysis of the variation in the electrical characteristics of the semiconductor element. Freed from work to remove measurement abnormal values. In addition, by describing the test conditions in the test condition file, it is possible to automatically test a plurality of types of semiconductor elements according to arbitrary determination conditions that can be set for each semiconductor element.
(実施の形態3)
本実施の形態3の半導体評価システムは、実施の形態2の各機能に加えて、頻繁に測定結果を参照する半導体素子について自動レポート定義ファイルに記載しておくことにより、自動的に測定結果や関連する物理変数などを出力する機能を備えたことが特徴となっている。以下、実施の形態2との差異に着目して説明を行う。
(Embodiment 3)
In addition to the functions of the second embodiment, the semiconductor evaluation system according to the third embodiment automatically records measurement results and semiconductor elements that are frequently referred to in the automatic report definition file. It is characterized by the ability to output related physical variables. Hereinafter, the description will be made focusing on differences from the second embodiment.
<ハードディスク41内のフォルダ構造>
図13は、本発明の実施の形態3による半導体評価システムにおいて、図2のデータ処理用コンピュータ40内のハードディスク41のフォルダ構造例を示す説明図である。図13に示すように、ハードディスク41内のフォルダのうち、条件フォルダF40の下に自動レポート定義ファイルF45が配置されている。
<Folder structure in the
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a folder structure example of the
<自動レポート定義ファイルF45内の構造>
図14は、図13における自動レポート定義ファイルF45内の構造例を示す説明図である。図14の自動レポート定義ファイルF45内には、測定結果やそこから計算される物理変数、統計量を自動的に出力したい半導体素子を規定するための、通し番号、サブブロック名、行列型配置TEGの名称および種類、素子番号、測定バイアス番号が記載してある。サブブロック名、行列型配置TEGの名称および種類、素子番号、測定バイアス番号は、それぞれ、図13におけるサブブロックフォルダF34、TEGフォルダF35、素子種類フォルダF36、測定条件フォルダF37の分類に対応するものである。
<Structure in automatic report definition file F45>
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a structural example in the automatic report definition file F45 in FIG. In the automatic report definition file F45 of FIG. 14, the serial number, sub-block name, matrix type arrangement TEG for specifying the semiconductor element for which the measurement result, the physical variable calculated therefrom, and the statistic are to be output automatically are included. The name and type, element number, and measurement bias number are described. The names and types of sub-block names, matrix type arrangement TEGs, element numbers, and measurement bias numbers correspond to the classifications of sub-block folder F34, TEG folder F35, element type folder F36, and measurement condition folder F37 in FIG. 13, respectively. It is.
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図15は、本発明の実施の形態3による半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。図2のデータ処理用コンピュータ40は、まず、自動レポート定義ファイルF45内を読み取り、自動的に結果を出力する半導体素子の種類を判別する(S201)。次いで、S201で読み取った半導体素子に対して、物理変数のチップレベルの平均値、標準偏差、累積度数分布、ウエハレベルの平均値、標準偏差、累積度数分布、などをファイルに出力する(S202)。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 15 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system according to the third embodiment of the present invention. The
<本実施の形態3の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態3の半導体評価システムを用いると、実施の形態2で述べた効果に加えて、頻繁に出力する半導体素子の測定結果およびそこから計算される物理変数を自動的に出力できるようになり、データ検索に要する労力が軽減される。
<Main effects of the semiconductor evaluation system according to the third embodiment>
By using the semiconductor evaluation system of the third embodiment, in addition to the effects described in the second embodiment, it is possible to automatically output measurement results of semiconductor elements that are frequently output and physical variables calculated therefrom. Thus, the labor required for data retrieval is reduced.
(実施の形態4)
本実施の形態4の半導体評価システムは、実施の形態3の各機能に加え、MOSFETにおけるしきい値とオン電流以外の物理変数を計算する機能を備えたことが特徴となっている。ここでは、サブスレッショルド係数(S値)、相互コンダクタンス(gm)、ドレイン・インデュースト・バリア・ロワリング(DIBL)、基板バイアス定数(γ)、フォワード・リバース差(F−R差)といった物理変数の計算機能を備える。また、この際には、何点の測定データを用いるか、どの測定バイアスのデータを用いるかといった条件を指定可能となっている。以下、実施の形態3との差異に着目して説明を行う。
(Embodiment 4)
The semiconductor evaluation system of the fourth embodiment is characterized in that in addition to the functions of the third embodiment, the semiconductor evaluation system has a function of calculating physical variables other than the threshold value and the on-current in the MOSFET. Here, physical variables such as subthreshold coefficient (S value), transconductance (gm), drain-inductive barrier-lowering (DIBL), substrate bias constant (γ), and forward / reverse difference (F−R difference) It has a calculation function. At this time, it is possible to specify conditions such as how many measurement data are used and which measurement bias data is used. Hereinafter, the description will be made focusing on differences from the third embodiment.
<ハードディスク41内のフォルダ構造>
図16は、本発明の実施の形態4による半導体評価システムにおいて、図2のデータ処理用コンピュータ40内のハードディスク41のフォルダ構造例を示す説明図である。図16に示すように、ハードディスク41内のフォルダのうち、条件フォルダF40の下に物理変数計算条件ファイルF46が配置されている。
<Folder structure in the
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a folder structure example of the
<物理変数計算条件ファイルF46内の構造>
図17は、図16における物理変数計算条件ファイルF46内の構造例を示す説明図である。例えば、S値やgmや外挿法しきい値を、測定データを用いて計算する際には測定データの直線フィティングによりその傾きを求める必要があるが、何点の測定点を用いて計算するかを決める必要がある。このため、図17の物理変数計算条件ファイルF46内には、これらの物理量を計算する際に用いる測定点の点数が記載してある。この点数に基づいて、測定データから各物理量が計算される。
<Structure in physical variable calculation condition file F46>
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a structural example in the physical variable calculation condition file F46 in FIG. For example, when calculating the S value, gm, and extrapolation method threshold value using measurement data, it is necessary to obtain the slope by linear fitting of the measurement data. You need to decide what to do. For this reason, the physical variable calculation condition file F46 of FIG. 17 describes the number of measurement points used when calculating these physical quantities. Based on this score, each physical quantity is calculated from the measurement data.
<データ処理用コンピュータまたはクライアントサーバからの条件指定>
一方、DIBLやγやF−R差を計算するためには、測定結果のうち2種類の測定バイアス条件によるものを選択する必要がある。ここでは、ユーザが、この測定バイアス条件を、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50から入力することする。
<Condition specification from data processing computer or client server>
On the other hand, in order to calculate DIBL, γ, and FR difference, it is necessary to select the measurement results based on two types of measurement bias conditions. Here, the user inputs this measurement bias condition from the
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図18は、本発明の実施の形態4による半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。ここでは、S値、gm、外挿法しきい値を計算する際の動作例について説明する。図2のデータ処理用コンピュータ40は、まず、物理変数計算条件ファイルF46を読み取り、S値、gm、外挿法しきい値を計算する際に何点の測定点を用いるかを決める(S300)。ここで読み取った点数分の測定データを測定データファイルF38より引用し、S値、gm、外挿法しきい値を計算する(S310)。そして、計算結果をデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面などの出力装置に出力する(S320)。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 18 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system according to the fourth embodiment of the present invention. Here, an operation example when calculating the S value, gm, and extrapolation method threshold value will be described. The
図19は、本発明の実施の形態4による半導体評価システムにおいて、その他の動作の一例を示すフローチャート図である。ここでは、DIBL,γ、F−R差を計算する際の動作例について説明する。まず、ユーザが、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50を用いて、DIBL、γ、F−R差を計算するために用いる2種類のバイアスセットを指定する(S330)。図2のデータ処理用コンピュータ40は、2種類のバイアスセットに対応する測定データを測定データファイルF38より読み取り、DIBL、γ、F−R差を計算する(S340)。そして、計算結果をデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面などの出力装置に出力する(S350)。
FIG. 19 is a flowchart showing another example of the operation in the semiconductor evaluation system according to
<本実施の形態4の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態4の半導体評価システムを用いると、実施の形態3で述べた効果に加えて、MOSFETの解析に良く用いられる物理変数を自動的に計算できるようになり、MOSFETの電気特性ばらつき解析における労力を軽減することができる。また、物理変数の計算に用いる測定点数、測定バイアス条件の組み合わせを指定できるようになり、ユーザによる任意の要望に応じた条件で物理変数を計算することが可能となる。
<Main Effects of Semiconductor Evaluation System of Fourth Embodiment>
By using the semiconductor evaluation system of the fourth embodiment, in addition to the effects described in the third embodiment, it becomes possible to automatically calculate physical variables that are often used for MOSFET analysis, and to analyze the electrical characteristic variation of the MOSFET. Can reduce labor. In addition, it becomes possible to specify a combination of the number of measurement points and measurement bias conditions used for the calculation of the physical variable, and it is possible to calculate the physical variable under conditions according to an arbitrary request by the user.
(実施の形態5)
本実施の形態5の半導体評価システムは、実施の形態4の各機能に加え、半導体素子の物理変数間の相関関係を表示する機能を備えたことが特徴となっている。この半導体評価システムで用いるハードディスク41内のフォルダ構造については、図16と同様である。
(Embodiment 5)
The semiconductor evaluation system of the fifth embodiment is characterized in that in addition to the functions of the fourth embodiment, a function for displaying the correlation between physical variables of semiconductor elements is provided. The folder structure in the
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図20は、本発明の実施の形態5による半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。まず、ユーザが、相関関係を表示したい2つの物理変数の種類を(物理変数Aと物理変数Bとする)をデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50から入力する(S400)。物理変数Aと物理変数Bについては、データ処理用コンピュータ40が、測定データファイルF38に保存されている測定データを元に計算して求めるか又は、測定データファイルF38に保存されている計算結果を読み出すことで取得する。データ処理用コンピュータ40は、この取得したデータを用いて、行列型配置TEG内の1つの半導体素子に対する物理変数Aを横軸、物理変数Bを縦軸として、行列型配置TEG内の複数の半導体素子分のデータを1つのグラフにプロットする(S410)。そして、作成したグラフをデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面などの出力装置に出力する(S420)。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 20 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system according to the fifth embodiment of the present invention. First, a user inputs two physical variable types (physical variable A and physical variable B) whose correlation is to be displayed from the
<本実施の形態5の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態5の半導体評価システムを用いると、実施の形態4で述べた効果に加えて、半導体素子の解析に良く用いられる、半導体素子の物理パラメータ間の相関関係を自動的に出力できるようになり、解析に要する労力を軽減することができる。
<Main effects of the semiconductor evaluation system according to the fifth embodiment>
By using the semiconductor evaluation system of the fifth embodiment, in addition to the effects described in the fourth embodiment, it is possible to automatically output the correlation between physical parameters of the semiconductor element, which is often used for analysis of the semiconductor element. Thus, the labor required for analysis can be reduced.
(実施の形態6)
本実施の形態6の半導体評価システムは、実施の形態5の各機能に加え、半導体素子の電気特性ばらつきをランダム成分とシステマティック成分に分離する機能を備えたことが特徴となっている。電気特性ばらつきは一般的にランダム成分とシステマティック成分に分類されている(例えば、参考文献「IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING」、VOL.17、NO.2、2004年5月、p.155−165参照)。成分ごとに電気特性ばらつきを低減する方法が異なるため、これらの成分を分離することは電気特性ばらつきを解析する上で重要である。この半導体評価システムで用いるハードディスク41内のフォルダ構造については、図16と同様である。
(Embodiment 6)
The semiconductor evaluation system of the sixth embodiment is characterized in that in addition to the functions of the fifth embodiment, the semiconductor evaluation system has a function of separating the electrical characteristic variation of the semiconductor element into a random component and a systematic component. The electrical characteristic variation is generally classified into a random component and a systematic component (for example, refer to the reference “IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING”, VOL.17, NO.2, May 2004, p.155-165). . Since the method for reducing the variation in electrical characteristics differs from component to component, it is important to separate these components in analyzing the variation in electrical properties. The folder structure in the
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
成分分離を行う方法として、例えば、前述した参考文献に記載されている4次多項式による方法や、あるいは、行列型配置TEG内を小規模の行列に分割する方法や、隣り合うアドレス間で物理変数差を計算する方法の3つの方法が挙げられる。まず、4次多項式による方法を用いて成分分離を行う際の動作例について、図21を用いて説明する。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
As a method of performing component separation, for example, a method using a fourth-order polynomial described in the above-mentioned reference, a method of dividing the matrix type arrangement TEG into small matrices, or a physical variable between adjacent addresses There are three methods for calculating the difference. First, an operation example when performing component separation using a method using a fourth-order polynomial will be described with reference to FIG.
図21において、まず、例えばユーザ等が、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50を用いて、成分分離を実施したいウエハ、チップ、行列型配置TEGの種類、半導体素子の種類、測定条件を選択する(S500)。同様に、ユーザ等が、成分分離を行う物理変数を選択する(S510)。これにより、データ処理用コンピュータ40は、行列型配置TEG内のXアドレス、YアドレスをそれぞれX、Yとして、選択した物理変数Mを式(1)で表される4次多項式でフィッティングし、係数a0〜a14を求める(S520)。
In FIG. 21, first, for example, a user or the like uses the
M=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3+a10x4+a11x3y+a12x2y2+a13xy3+a14y4 (1)
ここで、データ処理用コンピュータ40は、各アドレスにおいて、X、Yおよび先に求めたa0〜a14の値を式(1)に代入し、これによって求められる値を、物理変数のシステマティック成分として算出する。また、各アドレスにおける物理変数から、システマティック成分を引くことでランダム成分を算出する(S530)。そして、各アドレスのシステマティック成分、ランダム成分やこれらのメディアン値や標準偏差といった統計量を、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面に出力する(S540)。
M = a 0 + a 1 x + a 2 y + a 3 x 2 + a 4 xy + a 5
Here, at each address, the
次に、小規模の行列に分割する方法を用いて成分分離を行う際の動作例について図22を用いて説明する。図22において、まず、例えばユーザ等が、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50を用いて、成分分離を実施したいウエハ、チップ、行列型配置TEGの種類、半導体素子の種類、測定条件を選択する(S600)。同様に、ユーザ等が、成分分離を行う物理変数を選択する(S610)。次いで、データ処理用コンピュータ40は、行列型配置TEGの規模より小さい行列の大きさを指定し、行列型配置TEG内を指定された規模の小行列に分割する。続いて、データ処理用コンピュータ40は、分割された小行列ごとに平均値を計算し、この平均値を小行列内のシステマティック成分とする(S620)。次いで、各アドレスの物理変数から、そのアドレスが属する小行列のシステマティック成分を差し引いてランダム成分を求める(S630)。そして、各アドレスのシステマティック成分、ランダム成分やこれらの平均値や標準偏差といった統計量をデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面に出力する(S640)。
Next, an operation example when performing component separation using a method of dividing into small scale matrices will be described with reference to FIG. In FIG. 22, first, for example, a user or the like uses the
次に、隣り合うアドレス間で物理変数差を計算する方法を用いて成分分離を行う動作例について図23を用いて説明する。図23において、まず、例えばユーザ等が、データ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50を用いて、成分分離を実施したいウエハ、チップ、行列型配置TEGの種類、半導体素子の種類、測定条件を選択する(S700)。同様に、ユーザ等が、成分分離を行う物理変数を選択する(S710)。次いで、データ処理用コンピュータ40は、隣り合うアドレス間で、物理変数量差ΔM_pairを計算する。また、ΔM_pairの標準偏差を計算し、(1/√2)倍したものをσM_randomとする(S720)。この値が物理変数Mのばらつきのランダム成分に相当する。さらに、物理変数M自体の標準偏差をσMとして、物理変数Mのばらつきのシステマティック成分σM_systematicを式(2)によって求める(S730)。そして、σM_systematicとσM_randomをデータ処理用コンピュータ40又はクライアントサーバ50の画面に出力する(S740)。
Next, an operation example in which component separation is performed using a method of calculating a physical variable difference between adjacent addresses will be described with reference to FIG. 23, first, for example, a user or the like uses the
σM_systematic=√(σM2−σM_random2) (2)
<本実施の形態6の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態6の半導体評価システムを用いると、実施の形態5で述べた効果に加えて、半導体素子の電気特性ばらつきを自動的にランダム成分とシステマティック成分に分離できるようになり、解析に要する労力を軽減することができる。
σM_systematic = √ (σM 2 −σM_random 2 ) (2)
<Main Effects of Semiconductor Evaluation System of Sixth Embodiment>
When the semiconductor evaluation system of the sixth embodiment is used, in addition to the effects described in the fifth embodiment, it becomes possible to automatically separate the electrical characteristic variation of the semiconductor element into a random component and a systematic component, which is necessary for the analysis. Labor can be reduced.
(実施の形態7)
本実施の形態7の半導体評価システムは、実施の形態6の各機能に加え、測定結果または測定結果より計算した物理変数を用いて、行列型配置TEG上の測定を行った際に半導体素子のアドレスを指定する信号電圧が正しく印加されていたかについて検証を行う機能を備えたことが特徴となっている。
(Embodiment 7)
In addition to the functions of the sixth embodiment, the semiconductor evaluation system of the seventh embodiment uses the measurement results or physical variables calculated from the measurement results to perform measurement on the matrix arrangement TEG. A feature is that it has a function of verifying whether a signal voltage for designating an address has been correctly applied.
<測定システム30内の構成>
図24は、本発明の実施の形態7による半導体評価システムにおいて、その測定システム30内の構成例を示す概略図である。図24に示す測定システム30では、ウエハプローバ10内にウエハ(図示せず)が設置され、そのウエハWF上に行列型配置TEG(TEG_ARY)が形成されている。TEG_ARYは、通常、ウエハWF上に複数形成されるが、ここでは代表してその1個を示している。各TEG_ARY上には、アドレス指定信号入力用パットPD_ADDが形成されている。
<Configuration in
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration example in the
例えばTEG_ARYのX方向とY方向の行列規模が2(N+1)×2(N+1)の場合、X方向のアドレス指定用にX0からXNまでN+1個のパットが、Y方向のアドレス指定用にY0からYNまでN+1個のパットが形成される。XアドレスとYアドレスを2進法で表した場合、Xアドレスの2Mの位が1の場合、電圧VDD(1V〜5V)を、2Mの位が0の場合、0VをパットXMに印加する。同様に、Yアドレスの2Mの位が1の場合、電圧VDD(1V〜5V)を、2Mの位が0の場合、0VをパットYMに印加する。このように入力された信号を元にTEG_ARY内に備えられたデコーダが、測定対象の素子を選択する。 For example, if the matrix size of the TEG_ARY in the X direction and the Y direction is 2 (N + 1) × 2 (N + 1) , N + 1 pads from X 0 to X N for addressing in the X direction are used for addressing in the Y direction. from Y 0 to Y N N + 1 pieces of pads are formed. When representing the X and Y addresses in binary, if tens of 2 M X address is 1, the voltage VDD (1V to 5V), if positions of the 2 M is 0, 0V to putt X M Apply. Similarly, when the 2 M place of the Y address is 1, the voltage VDD (1 V to 5 V) is applied to the pad Y M when the 2 M place is 0. Based on the input signal, the decoder provided in the TEG_ARY selects an element to be measured.
アドレス指定信号入力用パットPD_ADDは、プローブカード200に備えられたプローブ210によって電気的に接続される。さらに、プローブカード200はテストヘッド300に備えられたポゴピン310により電気的に接続されている。テストヘッド300は、同軸ケーブル320を通して制御装置330と電気的に接続されている。制御装置330から出力されたアドレス指定用信号は、同軸ケーブル320、テストヘッド300、ポゴピン310、プローブカード200、プローブ210、アドレス指定信号入力用パットPD_ADDを介してTEG_ARYのデコーダに入力される。
The address designation signal input pad PD_ADD is electrically connected by a probe 210 provided in the
<ハードディスク41内のフォルダ構造>
図25は、本発明の実施の形態7による半導体評価システムにおいて、図2のデータ処理用コンピュータ40内のハードディスク41のフォルダ構造例を示す説明図である。図25に示すように、ハードディスク41内のフォルダのうち、条件フォルダF40の下に接続検査条件ファイルF47が配置されている。
<Folder structure in the
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a folder structure example of the
<接続検査条件ファイルF47内の構造>
図26は、図25における接続検査条件ファイルF47内の構造例を示す説明図である。図26に示す接続検査条件ファイルF47内には、物理変数間に差があるかを判定する、差異判定確率D[%]と、最大判定回数Jmaxが記載されている。
<Structure in connection inspection condition file F47>
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a structural example in the connection inspection condition file F47 in FIG. In the connection inspection condition file F47 shown in FIG. 26, a difference determination probability D [%] and a maximum determination number Jmax for determining whether there is a difference between physical variables are described.
<半導体評価システムの詳細動作の説明>
図27は、本発明の実施の形態7による半導体評価システムにおいて、その動作の一例を示すフローチャート図である。この動作例では、測定対象素子へのアドレス指定信号が正しく印加されていることを検証する。ここでは一例として、パットXNへのアドレス指定信号が正常に印加されているかを検証するが、他のパッドも同様にして検証可能である。図27において、まず、データ処理用コンピュータ40は、アドレス(X,Y)=(0,0)の物理変数と、アドレス(X,Y)=(2N,0)の物理変数を比較し、差があるかを検証する(S800)。ここで「差がある」とは、物理変数間の相対誤差[%]が、接続検査条件ファイルF47に記載された差異判定確率D[%]よりも大きい場合を示す。差があった場合、パットXNへの信号入力に異常はなかったと判定する。
<Description of detailed operation of semiconductor evaluation system>
FIG. 27 is a flowchart showing an example of the operation of the semiconductor evaluation system according to the seventh embodiment of the present invention. In this operation example, it is verified that the addressing signal is correctly applied to the measurement target element. Here as an example, but to verify whether the addressing signal to the pad X N is applied correctly, it can be verified in the same manner other pads. In FIG. 27, first, the
一方、差がなかった場合、次にアドレス(X,Y)=(0,1)の物理変数と、アドレス(X,Y)=(2N,1)の物理変数を比較する(S810)。ここで差があった場合、パットXNへの信号入力に異常はなかったと判定する。差がなかった場合、次にアドレス(X,Y)=(0,2)の物理変数と、アドレス(X,Y)=(2N,2)の物理変数を比較する(S820)。ここで差があった場合、パットXNへの信号入力に異常はなかったと判定する。ここで差がなかった場合、比較するYアドレスを1つずつ増加させながら、YアドレスがJmaxになるまでS820を繰り返す。YアドレスがJmaxになった段階で、アドレス(X,Y)=(0,Jmax)の物理変数と、アドレス(X,Y)=(2N,Jmax)の物理変数を比較し(S830)、差があれば、パットXNへの信号入力に異常はなかったと判定する。また差がなかった場合、パットXNへの信号入力に異常があった可能性があると判定する。 On the other hand, if there is no difference, the physical variable at address (X, Y) = (0, 1) is compared with the physical variable at address (X, Y) = (2 N , 1) (S810). If there is a difference here, it is determined that there was no abnormality in the signal input to the pad X N. If there is no difference, the physical variable at the address (X, Y) = (0, 2) is compared with the physical variable at the address (X, Y) = (2 N , 2) (S820). If there is a difference here, it is determined that there was no abnormality in the signal input to the pad X N. If there is no difference, S820 is repeated until the Y address reaches Jmax while increasing the Y address to be compared one by one. When the Y address becomes Jmax, the physical variable at the address (X, Y) = (0, Jmax) is compared with the physical variable at the address (X, Y) = (2 N , Jmax) (S830). if there is a difference, it is determined that there was no abnormality in the signal input to the pad X N. Also it determined that if there was no difference, it is possible that there is an abnormality in the signal input to the pad X N.
<本実施の形態7の半導体評価システムによる主な効果>
本実施の形態7の半導体評価システムを用いると、実施の形態6で述べた効果に加えて、信号線の接続状態を、測定値を元に検証でき、別途接続状態をテストする負荷が軽減される。
<Main Effects of Semiconductor Evaluation System of Embodiment 7>
When the semiconductor evaluation system of the seventh embodiment is used, in addition to the effects described in the sixth embodiment, the connection state of the signal line can be verified based on the measured value, and the load for separately testing the connection state is reduced. The
以上、実施の形態1〜7に説明した半導体評価システムの主要な機能を纏めると、以下のようになる。 The main functions of the semiconductor evaluation system described in the first to seventh embodiments are summarized as follows.
第1に、本実施の形態による半導体評価システムは、複数種類の任意の規模の行列型配置TEGの大量の測定データを保存し、さらに測定データから素子の特性を示す物理変数の計算を行い、さらにこれらの平均値や標準偏差といった統計量の計算を行い、さらにこれらの計算結果を保存することを高速かつ容易に実施する機能を備える。第2に、素子の種類、素子の位置を表わすアドレスおよび測定条件を元に、高速に測定結果や測定結果から計算された物理変数、およびその統計量の計算結果を検索する機能を備える。第3に、予め判定条件を与えることにより、測定異常値を判定する機能を備える。 First, the semiconductor evaluation system according to the present embodiment stores a large amount of measurement data of a plurality of types of matrix arrangement TEGs of arbitrary scales, and further calculates physical variables indicating element characteristics from the measurement data. Further, it has a function of calculating statistics such as the average value and standard deviation and storing these calculation results quickly and easily. Secondly, it has a function of searching the measurement result, the physical variable calculated from the measurement result, and the calculation result of the statistic thereof based on the element type, the address representing the element position, and the measurement condition. Thirdly, it has a function of determining a measurement abnormal value by giving a determination condition in advance.
第4に、半導体素子の種類、測定条件を指定しておくことにより、チップ毎およびウエハ毎の行列型配置TEG内の半導体素子の特性を示す物理変数の平均値、標準偏差、累積度数分布を自動的に出力する機能を備える。第5に、半導体素子の特性を示す物理変数を計算する方法を指定によって変更する機能を備える。第6に、チップ毎およびウエハ毎に半導体素子の特性を表す物理変数間の相関関係を表示する機能を備える。第7に、半導体素子特性の特性ばらつきをシステマティック成分とランダム成分に分離する機能を備える。第8に、半導体素子特性の測定結果または測定結果から計算した物理変数を用いて、測定システムのうち、行列型配置TEG上の、測定をおこなう素子のアドレスを指定する信号電圧が正しく印加されていたかについて検証する機能を備える。 Fourth, by specifying the type of semiconductor element and the measurement conditions, the average value, standard deviation, and cumulative frequency distribution of the physical variables indicating the characteristics of the semiconductor elements in the matrix arrangement TEG for each chip and for each wafer can be obtained. It has a function to output automatically. Fifth, it has a function of changing a method for calculating a physical variable indicating the characteristics of a semiconductor element according to designation. Sixth, it has a function of displaying the correlation between physical variables representing the characteristics of semiconductor elements for each chip and for each wafer. Seventh, it has a function of separating the characteristic variation of the semiconductor element characteristics into a systematic component and a random component. Eighth, using the measurement result of the semiconductor element characteristics or the physical variable calculated from the measurement result, the signal voltage for specifying the address of the element to be measured on the matrix type arrangement TEG in the measurement system is correctly applied. A function to verify whether or not
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
本実施の形態による半導体評価システムは、行列型配置TEGを含む半導体装置を対象として、その測定データの処理を行うコンピュータシステムおよびコンピュータソフトウェアに適用して特に有益なものである。 The semiconductor evaluation system according to the present embodiment is particularly useful when applied to a computer system and computer software for processing measurement data for a semiconductor device including a matrix arrangement TEG.
10 ウエハプローバ
20 測定装置
200 プローブカード
210 プローブ
30 測定システム
300 テストヘッド
310 ポゴピン
320 同軸ケーブル
330 制御装置
40 データ処理用コンピュータ
41 ハードディスク
50 クライアントサーバ
60 ネットワーク
CP チップ
DEC_C カラム・デコーダ
DEC_R ロウ・デコーダ
PD_ADD,X0〜XN,Y0〜YN アドレス指定信号入力用パッド
SB サブブロック
SE 半導体素子
SEG 半導体素子グループ
TEG_ARY 行列型配置TEG
WF ウエハ
DESCRIPTION OF
WF wafer
Claims (5)
前記複数種類の行列型配置TEGのそれぞれは、アドレス範囲によって分別される複数種類の半導体素子グループを備え、
前記複数種類の半導体素子グループのそれぞれは、行列状に配置された同一種類となる複数の半導体素子によって構成され、
前記複数の半導体素子のそれぞれは、自身が属する行列型配置TEGに対してアドレスが入力されることで測定対象となるように構成されており、
前記測定データには、前記複数の半導体チップや前記複数種類の行列型配置TEGの種類を識別するための識別子と、前記アドレスと、このアドレスに対応する半導体素子の測定結果が含まれ、
前記コンピュータシステムは、
前記アドレスと前記複数種類の半導体素子グループとの対応関係と、前記複数種類の半導体素子グループのそれぞれに含まれる複数の半導体素子を対象として電気的特性を表す物理変数を算出する際に必要な条件と、が記載された定義ファイルを予め保存しておく第1処理と、
前記定義ファイルや前記測定データ内の前記識別子を参照して、前記測定データを前記行列型配置TEGの種類毎または前記複数種類の半導体素子グループ毎に分類して保存する第2処理と、
前記定義ファイルを参照して、前記測定データに含まれる前記複数の半導体素子のそれぞれの測定結果から前記物理変数の計算を行い、前記複数種類の半導体素子グループ毎に前記物理変数の平均値や標準偏差といった統計量の計算を行い、この計算結果を保存する第3処理とを実行することを特徴とする半導体評価システム。 A semiconductor evaluation system for processing measurement data for a plurality of types of matrix-type arrangement TEG included in each of a plurality of semiconductor chips formed in a semiconductor wafer, realized by a computer system,
Each of the plurality of types of matrix-type arrangements TEG includes a plurality of types of semiconductor element groups sorted by address ranges,
Each of the plurality of types of semiconductor element groups is composed of a plurality of semiconductor elements of the same type arranged in a matrix,
Each of the plurality of semiconductor elements is configured to be a measurement target by inputting an address to the matrix arrangement TEG to which the semiconductor element belongs,
The measurement data includes an identifier for identifying the types of the plurality of semiconductor chips and the plurality of types of matrix-type arrangement TEG, the address, and the measurement result of the semiconductor element corresponding to the address,
The computer system includes:
Conditions required for calculating physical variables representing electrical characteristics for a plurality of semiconductor elements included in each of the plurality of types of semiconductor element groups and the correspondence relationship between the addresses and the plurality of types of semiconductor element groups And a first process for preliminarily storing a definition file in which
Referring to the identifier in the definition file and the measurement data, a second process for classifying and storing the measurement data for each type of the matrix arrangement TEG or for each of the plurality of types of semiconductor element groups;
Referring to the definition file, the physical variable is calculated from the measurement results of each of the plurality of semiconductor elements included in the measurement data, and the average value or standard of the physical variable is calculated for each of the plurality of types of semiconductor element groups. A semiconductor evaluation system that performs a third process of calculating a statistic such as a deviation and storing the calculation result.
前記コンピュータシステムは、更に、前記半導体ウエハ毎に前記物理変数の統計量の計算を行い、この計算結果を保存する第4処理を実行することを特徴とする半導体評価システム。 The semiconductor evaluation system according to claim 1,
The computer system further performs a fourth process of calculating a statistic of the physical variable for each of the semiconductor wafers and storing the calculation result.
前記コンピュータシステムは、更に、前記複数種類の半導体素子グループ毎に統計量の計算を行う際に、対象となっている物理変数のソーティングを行い、その最大値や最小値を対象として異常がないかの判定を行い、異常があった場合には、該当する物理変数を除外して再度統計量の計算を行うことを特徴とする半導体評価システム。 The semiconductor evaluation system according to claim 1,
The computer system further sorts the target physical variables when calculating the statistics for each of the plurality of types of semiconductor element groups, and checks whether there is an abnormality with respect to the maximum value or the minimum value. The semiconductor evaluation system is characterized in that if there is an abnormality, the corresponding physical variable is excluded and the statistic is calculated again.
前記コンピュータシステムは、更に、前記複数種類の半導体素子グループ毎の前記物理変数の計算結果から、この計算結果のシステマティック成分とランダム成分とを計算する第5処理を実行することを特徴とする半導体評価システム。 The semiconductor evaluation system according to claim 1,
The computer system further executes a fifth process of calculating a systematic component and a random component of the calculation result from the calculation result of the physical variable for each of the plurality of types of semiconductor element groups. system.
前記複数種類の行列型配置TEGのそれぞれは、複数ビットからなるXアドレスパッドと、複数ビットからなるYアドレスパッドを備え、
前記アドレスは、前記Xアドレスパッドに印加されるXアドレスと、前記Yアドレスパッドに印加されるYアドレスとから構成され、
前記コンピュータシステムは、前記Xアドレスまたは前記Yアドレスの一方を固定した状態で他方を変更した場合の、それぞれの測定結果または物理変数を参照し、この測定結果または物理変数の違いの有無に基づいて、前記Xアドレスまたは前記Yアドレスが前記Xアドレスパッドまたは前記Yアドレスパッドに正しく印加されたか否かを判別する第6処理を実行することを特徴とする半導体評価システム。 The semiconductor evaluation system according to claim 1,
Each of the plural types of matrix type arrangement TEG includes an X address pad composed of a plurality of bits and a Y address pad composed of a plurality of bits.
The address includes an X address applied to the X address pad and a Y address applied to the Y address pad.
The computer system refers to each measurement result or physical variable when one of the X address or the Y address is fixed and the other is changed, and based on the difference in the measurement result or physical variable. A semiconductor evaluation system for executing a sixth process for determining whether or not the X address or the Y address is correctly applied to the X address pad or the Y address pad.
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