從MPW到量產之——E-test

01-26

所謂的MPW，全稱是Multi Project Wafer。這個大家都會很熟悉吧，一般我們在學校上學期間接觸的大部分都是這種性質的流片。直白點說就是在一片wafer上製作很多不同型號的晶元。MPW無論對於晶元設計者，還是Foundry來說都是十分重要的，它主要用來做產品原型驗證，device工藝校準，IP驗證，design可靠型分析等等。一般各大Foundry都會定期地提供各種工藝的shuttle，這個可以去找。（所以滋生了很多生財之道……）

但是，作者君認為作為一個IC designer來說，最大的榮耀就是自己設計的晶元能夠量產，走進千萬的商品。以後當妹子看著新款的IPhone眼冒精光時，你就可以嚴肅地對她說：「這款IPhone的基帶ADC是我設計的，不過可惜還是閹割版。出於對性價比的考慮，我推薦小米XXX，裡面的晶元是我親手設計過ADC中的最高性能……」

咳咳，綜上所述。作者君決定新開一篇章，介紹一下從MPW到量產之間一些不為人所注意的細枝末節，以饗讀者。

這裡我們先來說一下E-test。

所謂E-test，是wafer test的一種，而且它並不像其他functional wafer testing一樣。E-test並不關心晶元的功能情況，而只關心一個工藝下最基本的性能。E-test的結構位於Scribe line裡面。對，就是那條將chips分隔開的粗線里。一般來說，Scribe line的寬度有大概100um，而隨著工藝的進步，逐漸縮減到60um左右。現在據說有些customer喪心病狂，為了省面積要求scribeline要在40um之內。

source：http://www.engr.uky.edu/~elias/lectures/ln_21.pdf

下圖中間那些小方塊就是scribe line 下面的各種測試模塊。其他地方的Metal被暫時隱藏了。

E-test又可具體分為兩種：

1. 主要注重於fab工藝下的物理結構，比如 gate poly width，metal-to-metal shorting，contact resistance等等。

2. 測試device的基本性能，如capacitor的電容率，resistor的電阻，溫度特性，transistor的Vth，Id曲線等等。

做E-test的測試儀器主要有這些：Agilent 4156A/B/Semiconductor Parametric Analyzer，可以測試I-V and V-t曲線；Agilent 4284 LCR Meter，測試Inductance (L), Capacitance (C) and Resistance (R)；Frequency counter，用來測量Ring Oscillator。

下圖所示是用來做E-test的儀器Agilent 4080 parametric Testers和炫酷的48channal的probe盤。該Tester可以在內部形成一個無塵環境，wafer從那個紅色箱子里一片一片依次被抽取出來，送入機台。然後probe伸出探針，扎進wafer里進行測試。

左下圖為一個transistor的Id和Gm vs Vg的曲線圖。當然，對於即將量產的chip來說，我們不關心單個transistor的性能，而關注整片或者幾片wafer上的性能變化，於是乎，就有了右下圖這樣的一個統計曲線。由圖可見，第三片wafer的波動很大，這時候就需要去fab追根溯源，看是哪一步出了問題，接下來就是無盡的撕逼……

說了這麼多，讓我們來總結一下，為什麼要做E-test？

首先，經過這些基本device的測試，無論Foundry還是design house，都可以更好地掌控該工藝。Foundry可以想辦法提高自己的工藝，提升良率。而design house則可以更充分地將模擬結果和實際流片結合在一起。甚至可以要求Foundry故意做到某一個corner，當然前提是你要是大客戶，如果這是幾片wafer的小客戶，哼哼。
其次，可以確定哪些wafer是在designer可接受的範圍內，進行後續的測試封裝等步驟，避免了許多無用的工作。PS：據統計，平均到單個chip上，wafer testing的cost是晶元測試的十分之一，只有board測試的千分之一。
E-test也是監控工藝的有效工具，檢查defect，missing contact等等，尤其是對於一個Foundry的新工藝。
如果將來有yield的問題，也可以通過E-test來探尋本源。

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