說(shuō)到芯片制造，CMOS工藝絕對(duì)是繞不開(kāi)的核心技術(shù)。咱們平時(shí)用的手機(jī)、電腦，里頭那些密密麻麻的晶體管，基本都是靠CMOS工藝造出來(lái)的。不過(guò)在這個(gè)制造過(guò)程中，有個(gè)叫plasma（等離子體）的家伙經(jīng)常出來(lái)?yè)v亂，它會(huì)在晶圓表面留下看不見(jiàn)的損傷，直接影響芯片的性能和壽命。今天咱們就好好聊聊，怎么用WAT（晶圓驗(yàn)收測(cè)試）方法揪出這些隱形殺手。

先說(shuō)說(shuō)plasma為啥這么調(diào)皮。在芯片制造里，等離子體就像個(gè)萬(wàn)能工具，刻蝕、沉積、清洗樣樣都行。但它有個(gè)毛病，高能粒子轟擊晶圓表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電荷積累和晶格損傷。這些損傷平時(shí)藏在微觀世界里，肉眼根本看不見(jiàn)，可一旦芯片用久了，問(wèn)題就冒出來(lái)了——漏電流增大、閾值電壓漂移，嚴(yán)重的直接導(dǎo)致芯片報(bào)廢。去年行業(yè)里就爆出過(guò)某大廠28nm工藝芯片批量失效，追查到最后就是plasma損傷沒(méi)控制好。

WAT測(cè)試相當(dāng)于給芯片做全面體檢。它通過(guò)在晶圓上專門設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)構(gòu)，測(cè)量電阻、電容、閾值電壓等幾十項(xiàng)參數(shù)。比如當(dāng)柵氧層被plasma打傷時(shí)，WAT會(huì)顯示柵漏電流異常升高；要是多晶硅柵極受損，接觸電阻的測(cè)試值就會(huì)明顯偏離正常范圍。深圳誠(chéng)峰智造研發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能在測(cè)試時(shí)自動(dòng)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，連0.1%的細(xì)微波動(dòng)都能抓出來(lái)。這種實(shí)時(shí)反饋對(duì)產(chǎn)線調(diào)整特別有用，畢竟發(fā)現(xiàn)問(wèn)題越早，損失就越小。

針對(duì)不同的損傷類型，工程師們開(kāi)發(fā)了各種檢測(cè)妙招。對(duì)于天線效應(yīng)引起的損傷，會(huì)在測(cè)試芯片上設(shè)計(jì)超大面積的金屬天線結(jié)構(gòu)，故意放大損傷效應(yīng)；而要檢測(cè)等離子體不均勻性，就采用十字交叉排列的測(cè)試結(jié)構(gòu)陣列。有組數(shù)據(jù)挺有意思：某代工廠在引入新的WAT檢測(cè)方案后，把等離子體損傷導(dǎo)致的失效比例從3.2%壓到了0.7%，相當(dāng)于每年省下九位數(shù)的維修成本。

光檢測(cè)還不夠，修復(fù)才是重頭戲。現(xiàn)在主流的方法分三步走：先用退火處理修復(fù)晶格缺陷，溫度控制在400℃左右，太高了會(huì)引入新的熱損傷；接著用氫等離子體處理鈍化界面態(tài)，這個(gè)步驟得像做手術(shù)一樣精準(zhǔn)；最后還得通過(guò)WAT復(fù)測(cè)確認(rèn)修復(fù)效果。最近兩年興起的激光修復(fù)技術(shù)更神奇，能對(duì)著顯微鏡定位的損傷點(diǎn)進(jìn)行局部處理，連周邊5微米內(nèi)的完好區(qū)域都不會(huì)受影響。

預(yù)防永遠(yuǎn)比補(bǔ)救劃算。在產(chǎn)線里裝個(gè)等離子體監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)離子密度和電子溫度，就像給設(shè)備安了健康手環(huán)。調(diào)整工藝參數(shù)也有講究，比如把射頻功率降低10%，同時(shí)把處理時(shí)間延長(zhǎng)15%，往往就能大幅減少損傷。有家客戶做過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)化后的工藝不僅損傷率降了一半，設(shè)備耗電量還省了18%，真正做到了降本增效。

未來(lái)這個(gè)領(lǐng)域還有不少新玩法。像人工智能輔助的WAT數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能自動(dòng)關(guān)聯(lián)工藝參數(shù)和測(cè)試結(jié)果，提前48小時(shí)預(yù)測(cè)損傷風(fēng)險(xiǎn)。第三代半導(dǎo)體材料興起后，針對(duì)碳化硅、氮化鎵的專用檢測(cè)方法也在研發(fā)中。說(shuō)到底，只要芯片還在繼續(xù)變小變強(qiáng)，和plasma損傷的斗智斗勇就永遠(yuǎn)不會(huì)停歇。下次當(dāng)你用手機(jī)刷視頻時(shí)，說(shuō)不定里頭就有今天聊的這些技術(shù)在做幕后英雄呢。