#汽車電子 #非揮發性記憶體NVM #半導體製程

【極低電壓檢測，雙重過濾問題元件】

在製造內嵌非揮發性記憶體 (NVM) 的元件時會出現一個問題：每百萬個 (ppm) 元件，就有幾個會在負溫度下無法完成記憶體檢索；若是汽車元件，對可靠性將是一大威脅。在製造過程中，這些元件最初會以最小電源電壓 2.2V 測試，而在 35℃ 的條件下會出現數個 ppm 的失敗率。因此，進行負溫測試是最重要的初始步驟，以便掃描出故障元件。經實驗，將電壓降至 2.0 V，會發現在 35℃ 時錯過的製程問題。

電壓降低會對上述元件造成壓力，並引發在室溫下不易察覺、但在負溫度時出現的失效。NVM 晶格是採用「氧化物崩潰」(oxide breakdown) 技術，假設熔絲被程式設定為 1，氧化層熔斷會造成短路或高達 100 倍的漏電，有如一個「電阻橋」；不過，一旦溫度降至 -40℃，熔斷晶格的漏電流會減少。因此，若氧化物並未完全崩潰，可被視為一個未熔斷的熔絲，位元會從 1 翻轉至 0；如此一來，它將變成一個電阻器，而非「不良」熔斷晶格的開口。

於負溫度下確認不良元件後，再用不同的電壓進行全面特性測試，找出何者能以最少的逃脫 (escape) 捕獲最多的不良元件，並與負溫檢測產生關聯性。針對沒有重大良率問題的良好晶圓，在 1.8V 有極佳的相關性；但當處理的是不良批次，在 35℃ 時所捕獲的不良品，會較 -40℃ 時更多。此外，為確保良好的可靠性，需排除最接近的鄰近部分，以避免生產風險；為此，其間存在一種雙重過濾效應。在找到這些疑似不良的晶粒後，會針對其可靠性進行測試及檢查。

「低電壓測試」提供了一種可掃描所有不良元件的可靠方法。經調查發現，保險絲故障的根本原因，在於光罩佈局的 NWELL 沒有足夠大的製程窗口可用於解決製程中的邊緣光罩對準問題，導致生產「步進場」(step field)，引發氧化物崩潰、形成電阻橋，而非編程熔絲短路。藉由增加主動電路的 NWELL，能為光罩無法對準的狀況提供更大誤差空間。當晶圓佈局有所修改，就能作為找出負溫問題的標準程序；對製程修改後的晶圓做冷掃描，可看到步進場的所有線路都已消失。

延伸閱讀：
《低電壓測試——對元件進行嚴苛測試是好事》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0401/35076.html
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