[평가 및 분석] 수율 관리를 위한 상관성 분석에 대해서 설명하세요

반도체 Chip을 제조하는 회사의 이윤과 손실에 큰 영향을 미치는 것은 수율이라고 말씀드렸습니다. 반도체를 얼마나 잘 만드는지에 대한 지표는 수율로 나타낼 수 있으며, 모든 엔지니어들은 수율을 개선시키는데 총력을 기울여야 합니다.

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[질문 1] 수율 개선을 위한 상관성 분석에 대해서 설명하세요.

상관성 분석은 시각적으로 두 변수간의 관계가 어떤지 파악하기 위한 방법입니다. 반도체 Chip을 제조하는 과정에서는 Target 조건을 검증하고 양산에 이르기까지 수많은 Test 과정을 거칩니다. 특히 개별 Wafer에 대한 PCM Data, Probe Test를 통해 얻은 수율 Data에 대해서 상관성을 분석하고 수율을 개선하기 위해 조정하거나 변경해야 할 공정을 선정할 수 있습니다. 아래 데이터는 제가 임의로 작성한 Threshold Voltage에 따른 Fail Rate을 나타낸 경우입니다. X축은 Threshold Voltage이고, Y축은 불량률입니다. 각각의 Point는 Wafer 한 장당 각각의 Threshold Voltage와 불량률을 나타낸다고 가정합니다. 아래 그래프를 통해 알 수 있는 점은 Threshold Voltage가 감소함에 따라 다양한 Issue가 존재한다는 것을 이미 배웠습니다. Threshold Voltage가 감소하는 대표적인 경우는 바로 Gate CD가 감소하는 경우입니다. Gate CD가 감소하면서 Charge Sharing Effect나 DIBL 현상에 의해 Vt roll-off 현상이 발생하고 그에 따른 Channel Potential이 낮아지면서 더 이상 Gate Bias에 의해 Current를 제어할 수 없게 됩니다. 그래서 Leakage Current가 증가하고 Fail이 커지면서 수율이 저하될 수 있습니다. 만일 아래 그래프가 실제 Data라 하면, 우리는 Vt를 0.26V 이상으로 공정을 최적화 시켜야만 수율을 개선시킬 수 있음을 평가할 수 있습니다.

그림으로 그린 것이기 때문에 정확한 값에 대해서는 크게 신경쓰지 않으셔도 됩니다!

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[질문 2] 위와 같은 상황에서 엔지니어가 어떤 조치를 취할 수 있을까요.

딴딴's 반도체사관학교는 오직 참고문헌이나 논문, 교육자료를 통해 얻은 지식을 기반으로 내용을 다룸을 알려드립니다.

Vt를 0.26V 이하에서 (임의로 설정한 값임..) 불량률이 크게 증가한 것을 확인했다면, 저희는 Vt를 0.26V 이상으로 공정을 최적화 시킬 필요가 있습니다. (반도체 소자 카테고리 참조). Vt를 높이는 대표적인 방법은 2가지가 있습니다. Implant Dose를 조절하는 방법과 Reverse Body Bias를 인가하는 방법입니다. Channel 부근에 Body의 Doping 농도를 높이면 그 만큼 Minority Carrier를 Channel 부근으로 끌어 당기기 위해서 더 큰 Gate Voltage를 요구합니다. 위 그래프를 기반으로 공정 레시피 변경에 대해서 의사결정을 할 수 있습니다. 혹은 Body에 Reverse Body Bias를 인가하면 Body Effect에 의해 Vt를 증가시킬 수 있습니다. 우리는 이러한 지식을 전공 지식을 기반으로 수율 개선의 의사결정을 할 수 있습니다.

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반드시 전문가가 되리다!
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