Richi´s Lab

4"-Wafer - U3230 - Koppelfeldschaltkreis für digitale Vermittlungssysteme

U3230-Wafer

Dieser 4"-Wafer enthält den U3230, einen im Kombinat für Nachrichtenelektronik entwickelten Koppelfeldschaltkreis für ein ISDN-ähnliches, digitales Vermittlungssystem.

Im Gegensatz zu den 2"-Wafern mit den Schaltkreisen D220 und A210 besitzt dieser Wafer neben der Abflachung unten eine weitere Abflachung links. Diese Form kennzeichnet ein p-dotiertes Substratmaterial, in dem die Kristallstruktur eine (100)-Orientierung aufweist, während die 2"-Wafer des D220 und des A210 eine (111)-Kristallorientierung besitzen. Auf einem (111)-Wafer kann man schneller eine Oxidschicht aufwachsen lassen, was die Prozesszeiten verkürzt. Allerdings bietet die (111)-Kristallorientierung auch mehr Angriffspunkte für Verschmutzungen, weswegen sie sich weniger gut für MOS-Transistoren eignet, wo es auf möglichst saubere Grenzflächen ankommt. Aus diesem Grund kam beim MOS-Schaltkreis U3230 ein (100)-Wafern zum Einsatz, der weniger leicht Fremdatome bindet.

Die Kantenlänge eines U3230-Dies beträgt 5,3mm. Bei einem derart großen Schaltkreis ist ein größerer Wafer vorteilhaft, da die unvollständigen Dies an den Rändern Ausschuss darstellen. Die relative Ausbeute steigt mit der Größe des Wafers. Bei größeren Schaltkreisen entfallen zwar Frässtraßen, was auch bei gleichbleibender Wafergröße die Ausbeute erhöht, das kompensiert aber nur unwesentlich die steigenden Flächenverluste im Randbereich.
Ignoriert man den Ausschuss durch Prozessfehler und die Abflachungen der Wafer, so konnten aus einen 2"-Wafer mit seiner Fläche von 20cm² ungefähr 1128 D220-Schaltkreise mit einer Kantenlänge von 1,2mm gewonnen werden. Damit beträgt die Ausbeute in Bezug auf die Fläche ungefähr 81%. Ein A210-Die nimmt eine Fläche von 1,92mm x 1,62mm ein und findet 539-mal auf einem 2"-Wafer Platz. Die Ausbeute ist mit 84% noch etwas höher. Hier hat die Reduktion der Frässtraßen und vielleicht auch eine etwas günstigere Anordnung die erhöhte Ausschussfläche an den Rändern überkompensiert. Der vorliegende 4"-Wafer bietet eine Fläche von 81cm², aus der im Idealfall ungefähr 216 funktionsfähige U3230-Dies mit einer Kantenlänge von 5,3mm gewonnen werden konnten, was einer Ausbeute von 75% entspricht. Die größeren Ausschussflächen an den Rändern machen sich hier deutlich bemerkbar. Auf einem 2"-Wafer wäre die flächenbezogene Ausbeute noch sehr viel geringer.

Links befindet sich ein leeres Quadrat, rechts ein Quadrat mit einem Pfeil. Beide Elemente dienen höchstwahrscheinlich der Ausrichtung des Wafers beziehungsweise der Masken. Im rechten Bereich sind mehrere Teststrukturen in einer Reihe integriert. Üblicherweise verteilt man derartige Teststrukturen über den Wafer, wie es beim D220 und beim A210 zu sehen ist. Eine solche Verteilung ermöglicht es zu überprüfen, ob sich die Fertigungsprozesse gleichmäßig auf die ganze Fläche des Wafers ausgewirkt haben. Warum man hier die Teststrukturen in einer Reihe angeordnet hat erschließt sich nicht. An der unteren Kante verblieb ein überraschend großer Bereich blank und diente anscheinend der Kennzeichnung des Wafers.

 

U3230-Wafer Beschriftung

U3230-Wafer Beschriftung

Die Beschriftung U3230 erfolgte später. Darunter befinden sich die Zahlen 52 2221 23. Wahrscheinlich diente die Zahlenfolge der Rückverfolgbarkeit des Wafers.

 

U3230-Wafer Rand

Am Rand des Wafers ist schön zu sehen, wie die verschiedenen Lagen auslaufen und dass unabhängig von der Größe des Schaltkreises eine nicht unbeträchtliche Fläche des Wafers Ausschuss darstellt.

 

U3230-Wafer Teststruktur

Das Quadrat mit den Teststrukturen enthält sehr viele und teilweise enorm große Elemente. Die Teststrukturen scheinen Großteils kontaktiert worden zu sein.

 

U3230-Wafer Teststruktur Detail

Auf den nicht kontaktierten Testpads ist eine Nummerierung zu erkennen.

 

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

Die Teststruktursammlung wurde anscheinend als MT21S bezeichnet. Es finden sich diverse Strukturen zur Überprüfung der Abbildungsleistung, der Ausrichtung der Masken und der Überwachung der Prozessfortschritte (Ätzmarker).

 

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

U3230-Wafer Teststruktur Detail

Im Testbereich finden sich neben klassischen Transistoren und Widerständen auch relativ außergewöhnlich erscheinende Strukturen.

 

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

Auch in den Ätzstraßen sind Teststrukturen integriert. Neben diversen klassischen Elementen befinden sich Rechtecke mit einer eigenartigen, gitterförmigen Kontaktierung. Es scheint sich nicht um einfache Testpads zu handeln. Die offene Kontaktierung der Flächen erinnert fast an Leuchtdioden.

 

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

U3230-Wafer Teststruktur Randbereich

Weitere Strukturen in den Frässtraßen ermöglichen die Überwachung der Fertigungsprozesse.

 

 

U3230-Wafer Die

Zum eigentlichen Schaltkreis U3230 ist leider wenig bekannt und die Schaltung ist zu komplex, um die einzelnen Funktionen optisch zu ergründen.

 

U3230-Wafer Die Detail

Innerhalb des Dies sind viele kleine Testpads platziert. Überraschend ist hierbei, dass vielen Testpads eine kleine Schaltung zugeordnet ist. Vermutlich entkoppelt die Schaltung das Testpad vom eigentlichen Schaltkreis.

 

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