JP3659981B2 - ダイ特定情報に特徴付けられるダイ上の集積回路を含む装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】
この発明は一般に、半導体チップに関連する情報を保存するためのシステムに関し、より特定的には、半導体チップの製造の履歴に関する情報を保存するためのシステムに関する。
【０００３】
【先行技術の履歴】
以下ダイと称す半導体チップは、半導体材料の一般に直径が５ないし６インチのウェハ上にバッチ形式で製造され、ウェハの各々はダイの二次元のアレイを含む。これらのウェハは、製造ロットと呼ばれるグループで処理される。所与のロットにおけるウェハは連続して番号を付され、このウェハのナンバーは独自の製造ロットナンバーとともに、ウェハ上のダイのアレイの外側の領域に刻まれる。したがって、最初の製造プロセスの間、ダイの各々はその製造ロットナンバー、ウェハナンバー、および以下ダイ位置ナンバーと称すダイのアレイ内のその場所等の、あるダイ特定情報によって独自に識別され得る。
【０００４】
ダイの独自の識別は、通常の製品ダイの解析（たとえば顧客によって返却されたダイの解析）および非製品または開発ダイの解析（たとえばダイの特性、信頼性テスト）において重要な役割を果す。エンジニアは、ダイの電気的な特性に対する処理変数の影響を解析することによってダイを特徴付ける必要が頻繁にある。そうするために、エンジニアは典型的には製造中にロットをウェハのグループに分け、その特定の処理変数で処理されるべきグループの各々は異なる値に設定される。ダイが処理され、個々にパッケージされた後、ダイの各々の電気的なパラメータがテストされ、そのテスト結果がそのウェハナンバーおよびダイ位置ナンバーとともにセーブされる。このデータで、エンジニアはウェハのグループの性能を互いに比較することができ、したがってダイの性能への処理変数の影響を定めることができる。この情報によりまた、エンジニアは製造中でのダイのウェハ上のその位置に対応した電気的な性能を解析することができる。
【０００５】
ダイの独自の識別は、ダイの信頼性テストにおいても同様の目的を果たす。その信頼性をテストするために、ダイは長時間、極端な温度または湿度といった状況下に置かれ得て、電気的にテストされ得る。ダイの各々の独自の識別により、エンジニアはテスト結果を解析し、ダイの信頼性を処理パラメータの関数として、またそのウェハ上の位置の関数として製造中に定めることができる。
【０００６】
製造ロットナンバーは、顧客によって返却された欠陥のあるダイの解析においても重要な役割を果たす。特定のロットからのダイが、長期間にわたって多数の異なる顧客に売られているかもしれない。特定の製造ロットからの欠陥のあるダイが顧客によって返却されると、エンジニアは典型的には返却されたダイを解析し、機能不動作の原因を定める。エンジニアが、ダイがどの製造ロットから来ているかわかれば、将来顧客がその同じロットからのものを返却した場合に繰返し解析することを避けられ得る。
【０００７】
現在当業者は、ダイの独自の識別をその耐用期間中ずっと保持することは時間がかかり、高価でエラーしやすいプロセスであると見ている。通常の製造中に、ウェハナンバーおよびダイ位置ナンバーはウェハが個々のダイに切断された後、失われる。新しい組立てロットナンバーがロットに割当てられ、ダイが組立てられるパッケージの各々の上に符号化される。製造ロットナンバーは、その組立てロットの紙の記録においてしか保持されない。したがって、顧客から返却されたダイに直面したエンジニアは、製造ロットナンバーを求めて組立てロットの記録を探さなくてはならない。これらの記録はしばしば置き忘れられたり、不完全であったり、一定期間を過ぎると処分されたりする。これらの記録からの情報なくして、エンジニアはダイがどの製造ロットから来たか定めることはできない。
【０００８】
ダイの特性または信頼性テスト等の目的のためにダイの各々の独自の識別を保持するために、ウェハは、典型的にはダイがそれに組立てられる個々のパッケージの各々の上に情報を手書きすることによってダイの各々の識別を保持するように特殊な命令を持って非製品組立エリアへと送られる。このプロセスは自動化されておらず、ダイが混同され間違って識別される可能性が高い。ダイが正しく識別されることを確実にする方法はないので、ダイの特性または信頼性テストにおける信頼度は大きく減少する。
【０００９】
前述より、ダイの各々の独自の識別が正しく記録され、ダイの耐用期間中保持されることを確実にすることがかなり所望され得ることがわかるであろう。またこれまでこれを達成するシステムまたは方法が開発されなかったことは先行技術の欠点および欠陥であることがわかるであろう。
【００１０】
【発明の概要】
先行技術の欠点および欠陥を克服するために、この発明はダイ特定情報によって特徴付けられるダイを有するデバイスを提供し、そのダイは集積回路および識別セクションを含む。識別セクションは、情報を記憶するためのメモリセクションおよびダイ特定情報をメモリセクションにプログラムするための手段を含む。この発明のある局面において、メモリセクションは不揮発性メモリを含んでもよい。付加的に、不揮発性メモリはヒューズプログラム可能であってもよい。
【００１１】
ある実施例において、プログラミングは集積回路をテストモードへと強いることによって可能にされる。さらに、プログラミングのための手段は、集積回路がテストモードにないときに他の機能を果たすデバイスピンをさらに含み得る。
【００１２】
この発明の教示に従って、ダイの識別セクションはさらに記憶手段からダイ特定情報を読出すための手段を含み得て、この読出手段は記憶手段に電気的に接続されることができる。実施例において、読出は集積回路をテストモードへと強いることによって可能にされ得る。加えて、読出のための手段は、集積回路がテストモードにないときに他の機能を果たすデバイスピンをさらに含む。
【００１３】
ある実施例において、ダイ特定情報は、特定のダイに関連する製造ロットナンバー、ウェハナンバー、およびダイ位置ナンバーを含み得る。
【００１４】
この発明は、情報を記憶するための手段をダイに提供し、製造上の情報を記憶手段にプログラムすることによって、ダイ特定情報を保存する方法をも提供する。この発明の方法のある実施例において、記憶手段は、ある実施例ではヒューズプログラム可能であり得る不揮発性メモリを含んでもよい。
【００１５】
この発明のある教示に従って、製造上の情報は集積回路をテストモードへと強いることによって記憶手段にプログラムされ得る。さらに、ダイ特定情報は、集積回路がテストモードにないときに他の機能を実行するデバイスピンを介してプログラムされ得る。
【００１６】
ある実施例において、ダイ特定情報を保存するための方法は、情報を記憶する手段からダイ特定情報を電気的に読出すステップをさらに含み得る。さらに、ダイ特定情報は集積回路をテストモードへと強いることによって電気的に読出され得る。さらに、ダイ特定情報は、集積回路がテストモードにないときに他の機能を実行し得るデバイスピンを介して読出され得る。
【００１７】
この発明のある教示において、前記ダイ特定情報をプログラムするステップは、ウェハソートテストの間に達成され、自動化されたテストプログラムによって実行され得る。
【００１８】
この発明は、ダイ特定情報によって特徴付けられるダイに対して集積回路の工学解析を行なう方法も提供する。この方法は、ダイ特定情報をダイ上に記憶するステップと、ダイ特定情報をダイから読出すステップと、ダイ特定情報を集積回路に関連するデータに結び付けるステップと、ダイ特定情報に従ってデータをソートするステップとを含む。
【００１９】
さらに、この発明は、ダイ上の集積回路の製造の履歴を辿る方法を提供する。この方法は、ダイ上にメモリを製造するステップと、製造の履歴に関連する情報をメモリセクションに記憶するステップと、その情報をメモリセクションから検索するステップとを含む。
【００２０】
したがってこの発明の目的は、ダイ上にダイの製造の履歴を簡単にかつ正確に辿るために用いられ得る記憶手段を提供することである。
【００２１】
この発明の別の目的は、安価で信頼できる識別手段を与える記憶手段をダイ上に提供することである。
【００２２】
この発明の他の目的、利点および新しい特色は、添付の図面に関連して考慮されると、以下の発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２３】
【詳細な説明】
示される要素は必ずしも一定の割合で示されない図面を参照すると、図１（Ａ）において、ダイのアレイを有する単一のウェハが示され、これは包括的に参照番号１０によって示され、このアレイは包括的に参照番号１２によって示される。アレイ１２は複数個のダイ１４から成る。図１（Ｂ）からわかるであろうように、個々のダイ１４の各々はこの発明の教示に従った識別セクション１６および集積回路１８を有する。識別回路１６は、ダイ１４上の、既存のレイアウトに簡単に挿入できるほど小さいが、デバイス全体の歩留りが悪影響されないような点にまで設計上の規則を強いるような、さほど小さくない領域を占めるように設計される。図１（Ｂ）に示されるこの発明の実施例において、識別セクション１６は３つのセクション、すなわちメモリセクション２０、プログラム回路２２、および出力回路２４を含む。
【００２４】
メモリセクション２０は、ダイ１４を特徴付けるダイ特定情報を記憶するために用いられる。メモリセクション２０は、好ましい実施例においては特に、ダイの耐用期間中ダイ特定情報を保存するために、不揮発性であってもよい。好ましい実施例において、不揮発性のメモリセクション２０はヒューズプログラム可能であり得て、ダイ１４が機能しなくなってさえもヒューズを目視的に（visually）デコードすることによってダイ特定情報の検索を可能にする。
【００２５】
プログラム回路２２は、ダイ１４上に製造され、従来の手段によってメモリセクション２０に電気的に接続される。図１（Ｂ）に示される実施例においては、プログラム回路２２は、外部電気信号への電気的な接続を可能にするダイパッド２３に電気的に接続される。ダイパッド２３によって、ユーザはプログラム回路２２にダイ特定情報をメモリセクション２０にプログラムするように命令することが可能になる。ダイパッド２３は、集積回路１８の通常の動作においては他の機能を果たしてもよく、集積回路１８をテストモードへと強いることによってメモリセクション２０にプログラムするように用いられるために変換されてもよい。ダイパッド２３のこのような二重の動作は、ある応用においては、デバイスピンの数を減じるために用いられ得るので、当業者には貴重であることがわかる。
【００２６】
出力回路２４は、ダイ１４上に製造され、メモリセクション２０に電気的に接続される。出力回路２４はさらに、ダイパッド２５に電気的に接続され、出力回路２４を介してメモリセクション２０に記憶された情報への外部アクセスを可能にする。デバイスパッド２５は、集積回路１８の通常の動作中に他の機能を果たしてもよく、集積回路１８をテストモードへと強いることによってメモリセクション２０から情報を読出すように使用するために変換されてもよい。ダイパッド２３と同様、ダイパッド２５の二重の動作は、デバイスピンの数を減じるためにこれが用いられ得ることから当業者には貴重であるとわかる。
【００２７】
前述に基づいて、当業者は、本質的にこの発明がダイ特定情報が記憶され得るダイ上のメモリセクションを含むことが認められるはずである。この発明の実施例においてメモリセクションと関連するのはメモリへと情報を移す手段およびその情報を抽出する手段であり得る。これら後者２つの手段は、上述のプログラム回路２２および出力回路２４であってもよい。
【００２８】
ダイ特定情報を、ダイ１４上に位置される識別セクション１６に保存することの重要性は、図２に示されるダイ特定情報を保存する先行技術の方法の使用と、図３に示されるダイ特定情報を保存するこの発明に教示される方法の使用と比較することによってわかるであろう。図２におけるフローチャートは、ダイ１４の標準的な製品および非製品のフローの両方の典型的なステップを示す。ダイは単一のウェハ１０上にバッチ形式で製造され、ウェハ１０の各々はダイの二次元のアレイ１２を有する（ステップ３０）。上述の発明の背景の部分で述べたように、ダイ１４の各々はその製造ロットナンバー、ウェハナンバー、およびダイ位置ナンバーによって独自に識別され得る。製造が一旦完了すると、ダイ１４の各々は、ウェハフォーマットにまだある間にウェハソートステップ３２で電気的にテストされる。ウェハソートステップ３２の後、ダイ１４は（矢印３４によって示される）標準的な製品フローに入って最終的には顧客に分配されるか、または通常は工学解析のための（矢印３６によって示される）非製品フローへと入る。
【００２９】
標準的な製品フロー３４において、ウェハ１０は製品組立（ステップ３８）に送られ、そこでウェハ１０は刻まれ、ダイ１４は互いに分離される。標準的な製品プロセスにおいてはこの時点で、ウェハナンバーおよびダイ位置ナンバーは失われて回復できない。ダイ１４は独自の組立ロットナンバーを割当てられ、製造ロットナンバーはその組立ロットのための製造の記録に保存される。組立ロットナンバーは、ダイ１４がそれに組立てられるパッケージの上に記される日付コードに符号化される。製品組立ステップ３８に続くテストステップ４０で、パッケージされたダイ１４の各々は電気的にテストされ、テストに合格したユニットが分配業者へと転送され（ステップ４２）、顧客に出荷される（ステップ４４）。顧客がパッケージされたダイに欠陥があると定めると、顧客はその製造業者にダイを返却し（ステップ４６に示される）、故障解析（ステップ４８に示される）を行なうのが通例である。故障解析はしばしば、ダイが誤処理されたかどうかを定めることに係わり得る。ダイが誤処理されたかどうかを定めるために、当業者はダイ１４が源を発する製造ロットを知ることが好都合であることを見出す。製造ロットナンバーは典型的には、デバイスのパッケージ上に示される組立ロットの製造の記録においてのみ見出され得る。包装されたダイは、顧客に出荷される前に長期にわたって分配業者の所に留まっていたことがあり得るので、ダイ１４が欠陥があるとして返却されるときには、製造の記録はしばしば失われているかまたは取除かれている。その結果、製造業者はダイ１４が誤処理されたか否かを定めるためにダイ１４の製造ロットに辿ることができない。
【００３０】
非製品フロールート３６において、ダイ１４は典型的にはエンジニアによって、デバイスの特徴または信頼性テスト等の工学解析のために用いられる。先の発明の背景の部分で述べたように、この工学解析はしばしば、製造ロットをグループに分割することに係わり、グループの各々は処理変数の異なるセッティングに従って製造される。このような状況において、ダイ１４の各々の識別は特定のダイ１４を特定の処理変数のセッティングに相関するための不可欠な機能を果たす。図２に戻って非製品フロールート３６を参照すると、ウェハソートステップ３２の後、ウェハ１０はローカルアセンブリ（ステップ５０）に送られ、ここで作業者はしばしば、ダイ１４がそれに組立てられるパッケージの各々の上に情報を手書することによって製造ロットナンバー、ウェハナンバー、およびダイ位置ナンバー等のダイ特定情報を保存するように指示される。当業者（つまり、ダイを工学解析のために用いたいエンジニア）は、このステップを高価で過度にエラーしやすいと見ている。また、ローカルアセンブリステップ５０の後、何らかの特定のパッケージ上に記されたダイ特定情報を確証する利用可能な手段がない。パッケージされたダイがテスト（ステップ５２）のためにエンジニアに返却されると、ダイの各々のダイ特定情報はマニュアルでパッケージから読出され、そのダイのテスト結果とともに記録される。テストデータは次に、製造ロットナンバー、ウェハナンバーまたはダイ位置ナンバーに従ってソートされ、ダイの電気的な性能の、それぞれロットによる、ウェハによる、または位置によるばらつきを解析する。この解析は図２に示されるステップ５４で行なわれる。テスト結果が予測したものから逸脱していれば、当業者は典型的にはダイの識別のエラーを疑い、新しい製造ロットでの実験を繰返す（ステップ５６）。
【００３１】
集積回路の製品および非製品フローにおけるこの発明の教示に従った識別セクション１６の使用は、図３のフローチャートに示される。ダイ１４の各々はプログラム可能な識別回路（たとえば図１（Ｂ）に示される回路１６）を含むように製造される。この製造ステップは、図３においてステップ６０に示される。ウェハソートステップ６２で、ウェハ１０上のダイ１４の各々は、ダイ１４の電気的な特性をテストする一連のルーチンを実行する自動テストマシンに電気的に接続され得る。テストマシンは、特定のダイに固有の製造ロットナンバー、ウェハナンバーおよびダイ位置ナンバーをそのダイ１４の識別セクション１６にプログラムし得る。そうするためには、テストマシンはダイ１４をテストモードへと強い、情報がメモリセクション２０に記憶されるように、プログラム回路２２に接続されるダイパッド２３に電気信号を与える。ダイ１４上の過剰なパッドの必要性を除去するために、ダイの通常の動作の間他の機能を果たす既存のパッドは、ダイがテストモードにあるとき識別セクション１６にアクセスする際に使用するために変換され得る。ダイ特定情報のプログラミングの後はいつでも、この情報はダイ１４からダイ１４をテストモードへと強い、識別セクション１６に記憶された情報を読出すことによって電子的に、またはパッケージされたダイのカバーを取り識別セクション１６のヒューズを目視的に調べることによって検索できる。他の検索手段もまた用いられ得る。
【００３２】
（図３において矢印６４によって示される）標準的な製品フローにおいて、ダイは次に製品組立ステップ６８に入る。ダイ特定情報がダイ１４の各々の識別セクション１６にプログラムされるため、この情報は、ウェハ１０が刻まれ、ダイ１４が互いに分離される製品組立ステップ６８で失われない。製品組立ステップ６８に続き、パッケージされたダイは電子的にテストされ（ステップ７０）、テストに合格したダイは分配ステップへと進み（ステップ７２に示される）、最終的に顧客に出荷される（ステップ７４）。顧客が包装されたダイを故障解析（ステップ７８）のために製造業者に返却すると（ステップ７６）、ダイが機能しているか否かにかかわらず、製造業者はそのダイ１４の識別セクション１６に保存されたダイ特定情報を読出すことによって、ダイを製造ロットにたどる。
【００３３】
（図３において矢印６６で示される）非製品フローにおいて、ダイ１４はウェハソートテスト（ステップ６２）の後、ローカルアセンブリ（ステップ８０）に送られる。ダイ特定情報が、ダイ１４の各々の上の識別セクション１６に保存されるため、このステップ８０で、マニュアルでダイ特定情報を辿ったりダイがそれに組立てられるパッケージの各々の上に情報を手書する必要はない。後に続くテストステップ８２において、ダイ特定情報はダイ１４から電子的に読出され得て、この情報はそのダイに対応するテストデータとともに記憶される（ステップ８４）。データは次に、ダイの電気的な性能における、ロットによる、ウェハによる、または位置によるばらつきを定めるために解析され得る。ダイ特定情報を保存するために識別セクション１６を使用することによって、エンジニアはダイが正しく識別されることを確信することができる。結果が予測した通りでなければ、エンジニアは包装されたダイから情報を電子的に読出すことによってダイ特定情報を確証し得る（ステップ８６）。したがって、この発明の教示に従ったプログラム可能な識別回路の使用によって、エンジニアは少なくとも組立ステップ８０で正しいダイの識別を保持する際のエラーの可能性を除去することができるかもしれない。
【００３４】
上述に基づいて、この発明が、ダイ特定情報を保存するために用いられ得る、ダイ特定情報によって特徴付けられるダイ上の識別セクションを提供することが明らかなはずである。識別セクションはメモリセクションを含み、ある実施例においては、情報をメモリセクションに入力する手段を含み得て、さらに情報をメモリセクションから読出す手段をも含み得る。情報をメモリセクションに入力する手段は、図１（Ｂ）に示されるプログラム回路２２であり得る。情報をメモリセクションから読出す手段は、図１（Ｂ）にも示される出力回路２４であり得る。
【００３５】
次に図４を参照して、ダイ特定情報を保存するために識別セクション１６を用いることによって、ダイの電気的な性能に関するデータを解析する有利な方法を与えることがわかるであろう。（図４においてステップ９０で示される）製造の間、ダイ１４の各々はプログラム可能な識別セクション１６が設けられている。（製造ロットナンバー、ウェハナンバー、およびダイ位置ナンバーを含み得る）ダイ特定情報は、ウェハソートテストステップ９２においてまだウェハフォーマットにある間にダイの各々にプログラムされる。デバイステストステップ９４で、自動テストマシンはデバイスに一連の電気的なテストを行なう。これらのテストの結果は、ディスク、テープまたは他の記憶手段上のファイルに記憶される（ステップ９６）。テストステップ９４において、自動テスタはダイをテストモードへと強い得て、それによってメモリセクション２０からダイ特定情報にアクセスし得る。このダイ特定情報は次に、ディスク、テープ、または他の記憶手段に記憶され、その特定のダイのテスト結果に結び付けられる（ステップ９６）。結び付けることは、データとの何らかの有用な関連がなされることを意味する。ステップ９８で、記憶されたテストデータおよび記憶されたダイ特定データの両方が、データ処理のためのポストプロセッサへと読出される。テストデータは、製造ロットナンバー、ウェハナンバー、またはダイ位置ナンバー、またはそのいずれかの組合せに従ってソートされ得る。ソートされたテストデータは次に、ダイの電気的な性能におけるロットによる、ウェハによる、またはダイの位置によるばらつきを検出するために解析され得る。
【００３６】
上述の説明は、この発明のある特定の実施例のみを示す。しかしながら、当業者は、多くの変形および変更が、この発明の精神および範囲から実質的に逸脱することなく成され得ることを認めるであろう。たとえば、ダイ特定情報は、マスクの修正、テストプログラムの修正、およびあるテストの結果等の、しかしこれに制限されない、他の情報をも含み得る。したがって、前掲の特許請求の範囲内で、この発明は上述に特定したのと他の方法で実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、ダイのアレイを含む単一のウェハの上面図であり、
（Ｂ）は、図１（Ａ）に示されるダイの１つの拡大図であり、この発明の教示に従った識別部分を含むダイを示す図である。
【図２】ダイ特定情報の保存を与えることを含む、ダイを扱う先行技術の方法のステップを示すフローチャートの図である。
【図３】この発明の教示を組入れる、ダイを扱う方法において取り得るステップを示すフローチャートの図である。
【図４】この発明の教示に従った、半導体装置の電気的な性能に関連するデータを解析する方法を示すフローチャートの図である。
【符号の説明】
１４ ダイ
１６ 識別セクション
１８ 集積回路
２０ メモリセクション

Claims (10)

1. ダイであって、第１の集積回路部分と、
   第２の集積回路部分とを備え、前記第１および第２の集積回路部分は前記ダイ上に互いに隣接して置かれ、前記第２の集積回路部分は、
   少なくとも１つの双方向ダイパッドと、
   前記少なくとも１つの双方向ダイパッドに接続されたプログラミング回路と、
   前記プログラミング回路に接続され、ダイ特定情報を記憶するためのメモリセクションと、
   前記メモリセクションおよび前記少なくとも１つの双方向ダイパッドに接続された出力回路とを含み、
   前記プログラミング回路は、前記メモリセクションに前記ダイ特定情報をプログラミングする、ダイ。
2. 単方向ダイパッドをさらに備え、前記単方向ダイパッドは、前記第１の集積回路部分および前記第２の集積回路部分の少なくとも１つに電気的に接続可能である、請求項１に記載のダイ。
3. 前記メモリセクションが複数の不揮発性メモリセルを含む、請求項１に記載のダイ。
4. 前記ダイ特定情報が製造ロットナンバーを含み、前記製造ロットナンバーは、そこから前記ダイが源を発する製造ロットを識別する、請求項１に記載のダイ。
5. 前記ダイ特定情報がウェハナンバーを含み、前記ウェハナンバーはそこから前記ダイが源を発するウェハを識別する、請求項１に記載のダイ。
6. 前記ダイ特定情報がダイ位置情報を含み、前記ダイ位置情報はそこから前記ダイが源を発するウェハ上のダイの位置に関する、請求項１に記載のダイ。
7. 前記ダイ特定情報が、設計ルール情報およびプロセス履歴情報の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のダイ。
8. 半導体チップ上に配置された主回路に関する半導体プロセスおよびテスト情報をユーザに与えるためのデバイスであって、前記デバイスは、
   前記半導体チップ上に配置され、前記半導体プロセスおよびテスト情報を記憶するための記憶手段を含み、前記記憶手段は、前記主回路から電気的に絶縁され、さらに
   前記記憶手段の少なくとも１部分にアクセスするための入力手段と、
   前記記憶手段の部分に前記半導体プロセスおよびテスト情報をプログラミングするためのプログラミング手段と、
   前記記憶手段の部分がアクセスされたときに、前記半導体プロセスおよびテスト情報を表わす出力信号を与えるための出力手段とを含む、デバイス。
9. 前記記憶手段が、複数の不揮発性メモリセルを含む、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記記憶手段が、複数の読出し専用メモリセルを含む、請求項８に記載のデバイス。

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