集成电路测试产业的发展主要受微电子发展和进步的驱动。发
展中最充分地融合了微电子技术、计算机软、硬件技术、通信技术和
高频、高速、精密电子测量技术,成为集成电路测试产业发展中不可
或缺的重要组成。美国1997年版以来的NTRS(美国国家半导体技术发展
路线)不仅强调了集成电路测试在微电子发展中的关键性地位,而且将
集成电路测试列为未来半导体发展面临的6大严峻挑战之一,主要理由
是未来的集成电路不知道如何测试。
测试成为设计验证重要工具
在半导体产业发展中,集成电路设计、芯片制造、封装和测试4
业并举。在这个产业链条中,集成电路测试是唯一一个贯穿集成电路
设计、生产全过程,而且形成产品后持续和长久地延伸到产品应用全
过程的产业,是一个社会性的产业。
半导体产业发展始终伴随着其生产过程的工艺检测和评价体系的
建设和完善。到目前为止,对制造过程中缺陷分析的最好工具就是测
试。对集成电路产品,如何提高成品率,如何做到高质量,如何尽早
上市,如何使产品赚到钱,所有这些都受到测试操控。在今天的制造
工艺中,很多用于分析缺陷和隔离缺陷的方法都是从测试过程导出的
反馈。
随半导体工艺发展,当特征尺寸已进入亚毫微米,集成电路失效
分析过程遇到新的挑战,就是诊断的需求。没有把故障定位到芯片的
某一区域以便能以现实和低成本的方式进行研究的能力,就无法理解
失效机理,无从提供正确的处理方法,成品率改善工具也不可能开发
出来,所以必须扩展测试的研究、强化测试对低成本工艺测量和缺陷
隔离的支持。
总之,集成电路测试产业不再是传统意义上的中测和成测配套,
已经成为集成电路设计验证,特别是SoC产品原型验证的重要支撑工
具。依据当前半导体产业发展态势,测试产业还必须为工艺检测和测
试诊断服务,提供先进的方法和工具。集成电路测试业正进入一个新
时代。
发展滞后于设计和制造
集成电路测试设备的一些关键指标尚无法满足当前先进制造技术
集成电路产品的测试需求。集成电路测试设备主要技术指标发展速度
以年12%的速率改善,而半导体的年发展速率为30%,测试设备技术指
标发展的缓慢和滞后导致集成电路产品成品率的损失和成本增加。因
为测试工程师在测试中必须用多种途径补偿测试设备固有的不准确部
分。传统的方法是在带常规的器件测试规范窗口之上再叠加一个由于
测试设备不准确所引起的窗口缩小,使原处于边缘附近的合格电路全
被淘汰,降低了产品的总合格率。以总定时准确度(OTA)为例,一
项统计显示,随着测试设备的定时误差接近最快电路的周期时间,实
际上100%合格的IC,经过测试后的合格率仅为52%,而48%的合格IC被
额外地淘汰了。
1994年,当人们意识到集成电路测试系统发展滞后于电路本身发
展时,曾提出以BIST(内建自测试)和DFT(可测性设计)这些可以
比较简单和低成本测试设备予以补充和加强。十年过去了,目前模拟
DFT和BIST尚没有形成标准,新的DFT控制和观察的工具没有突破,而
新工艺的IDDQ测试很困难,甚至不可能,这给已经面临困境的集成电
路测试系统发展增加了新的负担。
目前,集成电路测试产业可以应对半导体产业发展。首先,利用
主流测试技术和设备,满足设计验证和集成电路产品全面性能和指标
测试需求,同时充分借鉴计算机、通信、多媒体技术,利用类似实装
测试的方法补充和实现集成电路工程级的检测、测试和鉴定。其次,
利用主流测试技术和设备,满足设计验证和集成电路产品全面性能和
指标测试需求,同时利用已有高性能指标的单体仪器组合对前述测试
指标范围之外的一些关键指标进行补充测试,以考查和验证该最高指
标。第三,集成电路测试方法学上的研究成果正在助跑集成电路测试。
这主要是指一些可测性工业标准和相应测试设备的出现。这些设备是
通过执行被测集成电路上的DFT(可测性设计)结构来测试器件的,具
有专用性、低价格、小型化和很短上市时间的特点。目前,已广泛用
于DFT设计确认、工程样品DFT测试、失效分析和测试开发。除了专门
研制的基于DFT测试设备,传统的主流测试系统也通过专门开发的功
能模块来测试这些集成电路。目前,这些模块已经不同程度地被开发
出来,集成到测试设备中,并且用于工业测试。
测试业发展主体正在形成
我国集成电路测试技术和系统的研发始于20世纪70年代初。30年
来,我国集成电路测试产业从无到有、从小到大,由硬件开发、软件
开发到系统集成,由仿制到独立自主开发,目前已形成了一个由专业
研究所、测试集团公司为主,遍布于重点院校、中央和地方科研机构
的广大测试群体和较高水平、老中青结合的研发队伍。拥有50MHz
测试验证系统平台、100MHz通用测试系统平台、集成电路验证测试
服务平台、遍布全国的测试中心及国家测试程序库等多个大型基本建
设平台;具有自主知识产权的测试系统产品已比较全面地满足数字IC
测试、模拟IC测试、数模混合信号测试、可靠性测试、成品自动分选、
芯片探针测试的需求。目前,已经出版发行“现代集成电路测试技术”
(95万字)、“软件测试”(39万字);即将出版“现代电子测量技术实
用手册”;集成电路测试领域已获授权专利3项、已受理专利15项、
软件(著作权)登记13项,这些成果标志着我国集成电路测试产业已进
入全面发展的新阶段。
首先,我国集成电路测试设备产业发展已有比较好的基础。
由我国自行研制、具有自主知识产权的50MHz集成电路测试、
验证系统产品已成为目前我国主流的测试系统产品。由于该系统高性
价比、低功耗的特点,具有良好的市场发展前景。
由我国自主攻关研制的100MHz通用测试系统平台较好地实现了
100MHz测试系统平台上系统和技术的跨越。系统的产品化突出了我
国在大型、高速和多引脚(256引脚)的较高水平。
我国近期推出的平面电机型探针测试台由于较高的控制精度和适
合我国国情,获得了国内集成电路测试行业的广泛认可,批量生产并
且正配置于集成电路设计单位和企业。
其次,我国测试业发展有较科学的规划和前瞻性。
当国外集成电路设计中原型验证(硬件验证)正从验证系统向硬件
仿真转移时,我国在第一时间开发完成了快速原型验证样机,在理论
和实践上实现了SoC原型验证方法。近年来,由于半导体加工工艺发
展很快,特征尺寸已进入亚毫微米工艺时,我们捕捉到了测试和集成
电路工艺诊断的发展趋势,在已有测试系统硬软件平台的基础上提出
了建立服务平台的想法,并获得了北京市科委的支持。目前,服务平
台已达到集成电路质量和可靠性试验的水平。
我国集成电路测试产业发展主体已形成。经过近30年的发展,目
前已形成以北京自动测试技术研究所牵头,以中关村集成电路测试中
心(华大泰思特)和全国各测试中心为主体,与清华、北大、中科院和
各级研究机构结合的IC测试产业队伍。层次清楚、分工明晰,是我国
IC测试产业发展的良好基础。
但是,我们也应该看到,我国集成电路测试产业的发展尚处于成
长阶段,在发展水平、产品结构、技术水平和市场占有等方面都需要
有一个较大的发展。
我们集成电路测试系统产品的主体还是中、低挡的。系统虽是自
主研发的,但专有技术不多、没有专用芯片支持,系统总体水平不够
高,在公开的国际市场上竞争力不强。
目前的集成电路测试系统产品品种不多,除了一些“通用”的测
试系统,很多市场需求很大的高性能、专用产品基本空缺,如RAM测
试、RF测试、TFT/LCD测试、电源管理芯片测试等专用测试设备。
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