ウェーハレベルバーンインとは
ウェーハレベルバーンイン（Wafer Level Burn-In）とは、個片化する前のウェーハへ電気的・温度的なストレスを与え、初期に故障しやすい素子を選別する工程です。 ウェーハ上の多数のダイへ接触して処理します。組立の前に故障しやすいダイを除ける代わりに、多数のダイへ安定して給電し、発熱を管理する接触と装置が要ります。結果を信じてよいかは、全ダイに所定のストレスが加わったことを確かめられるかで決まります。
ウェーハ上の多数のダイへ接触し、温度と電圧をかけ続ける
Section titled “ウェーハ上の多数のダイへ接触し、温度と電圧をかけ続ける”温度とバイアスなどの条件を定め、ウェーハ状態で回路へストレスを与えます。接触と給電を維持し、処理前後または処理中の試験で変化を調べます1。バーンインの実施段階をウェーハへ移した方式で、ウェーハプローブテストのように測るだけではなく、時間をかけてストレスを与えることが中心です。
装置では、Aehr Test Systemsが、FOX-CPを量産向けに1枚のウェーハへ1回の接触でバーンインと試験を行う装置としています2。同社のWaferPakコンタクタは、数万本のピンで各ウェーハに接触し、1回の挿入で全面の試験とバーンインを行う2ものだと説明しています。
WLBIの定義は一つではなく、直流ストレスから通常動作まで幅がある
Section titled “WLBIの定義は一つではなく、直流ストレスから通常動作まで幅がある”ITRSは、WLBIに統一された定義がないとしています。一方の端では、DRAMの内部ノードへ逆の電位をかける簡単な直流ストレスを、「バーンイン」と呼ぶベンダーがあります1。もう一方の端には、ウェーハ全面に接触し、熱的な欠陥を活性化させるだけの温度と時間をかけながら、デバイスを通常モードで動かして電圧ストレスもかける1ことをWLBIの条件とする見方があります。
低価格のマイコンやSoCでは、DFTの機能であるスキャンやBISTを使って、WLBIを可能にしているベンダーもあります1。方式にこれだけの幅があるので、接触と測定の構成を確かめてから結果を読みます。
接触を確かめてからストレスをかけ、結果をウェーハマップに残す
Section titled “接触を確かめてからストレスをかけ、結果をウェーハマップに残す”処理は接触と対象ダイを確認し、温度と電気条件を安定させます。所定のストレスを与えて試験し、選別結果を記録します1。記録先はウェーハマップで、接触していないダイと、ストレスを与えたダイを区別して残します。
ストレスの時間は、試験にも使えます。ITRSは、バーンインにかける時間を、バーンインの環境を大規模な並列試験の機会として使うことで生かす1という考え方を示しています。
難しいのは、全ダイへの給電と発熱、そして接触の確かめ方
Section titled “難しいのは、全ダイへの給電と発熱、そして接触の確かめ方”ITRSは、トランジスタのチャネル長の短縮と、単位面積あたりのトランジスタ数の増加によるサブスレッショルドリークでウェーハの消費電流が増え、バーンインの高温もサブスレッショルドリークを増やすとしています1。不良ダイが過大な電流を流す場合には、他のダイへの影響を抑える制御が必要です。
測定の不良には、接触の不良も含まれます。接触不良を素子の故障と混同しない確認を行い、温度と電流を見て、所定のストレスが各ダイへ加わったことを確かめます。管理する項目は、接触、温度分布、バイアス、電流、ストレス時間、処理前後の結果です。ウェーハ内の熱と接触のばらつきを確認し、通電していないダイへ十分なストレスが加わったと判断しないようにします。
接触そのものの微細化も課題です。ITRSは、LOC配置と周辺配置のパッドを持つデバイスについて、TPSコンタクタ技術で約70 µmのプローブピッチが実現できそうだとしています1。電圧の側でも余裕が減っており、ITRSは、動作電圧とマージンの低下で、電圧加速や電圧ストレス試験で信頼性を保証する余地が狭まっている1と指摘しています。
組立の前に選別できるが、パッケージのバーンインより高くつきやすい
Section titled “組立の前に選別できるが、パッケージのバーンインより高くつきやすい”WLBIは、組立費用をかける前に故障しやすいダイを選別できます。後工程のテストは段に分けて組まれ、前の段で外すほど、失う部材は少なくなります。その代わり、接触と熱制御の負担が増えます。ITRSは、最終パッケージの後の信頼性スクリーニングを避けるのは一つの解だが、全体の費用を押し上げることがあり、ウェーハレベルのバーンインは通常パッケージレベルより高くつくとしています1。
Aehr Test Systemsは、並列化による費用の低減を打ち出しています。同社は、1つのチャンバーで最大18枚のウェーハを並列に試験でき、複雑なデバイスでウェーハあたりの試験とバーンインの費用が最も低いとしています2。同社は、装置が量産のバーンインスクリーニングと、HTOL・HTRB・HTGBの認定試験に対応するとし2、ロジック、メモリー、フォトニクスのデバイスで、全面の機能試験、ストレス、サイクル、バーンインの実績があるとしています2。
どの段で選別するかは、製品の故障機構と組立費用に合わせて決めます。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”ウェーハレベルバーンインは何をする工程ですか？
個片化する前のウェーハへ電気的・温度的なストレスを与え、初期に故障しやすい素子を選別する工程です。ウェーハ上の多数のダイへ接触し、測るだけでなく時間をかけてストレスを与えます。
どの段階で行いますか？
組立の前、ウェーハの状態で行います。接触と対象ダイを確認し、温度と電気条件を安定させてから所定のストレスを与えて試験し、選別結果をウェーハマップへ記録します。
何を管理しますか？
接触、温度分布、バイアス、電流、ストレス時間、処理前後の結果を管理します。接触不良を素子の故障と混同しないことと、過大な電流を流す不良ダイから他のダイを守ることが要点です。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- バーンイン── 前後の工程と仕組みを調べる
- ウェーハプローブテスト── 前後の工程と仕組みを調べる