半導(dǎo)體生產(chǎn)能力和工藝良品率的主要影響因素

良品率測(cè)量點(diǎn)

維持及提高工藝和產(chǎn)品的良品率對(duì)半導(dǎo)體工藝至關(guān)重要。任何對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)做過(guò)些許了解的人都會(huì)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)工藝對(duì)其生產(chǎn)良品率極其關(guān)注。的確如此，半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜性，以及生產(chǎn)一個(gè)完整封裝器件所需要經(jīng)歷的龐大工藝制程數(shù)量，是導(dǎo)致這種對(duì)良品率的關(guān)注超乎尋常的基本原因。這兩方面的原因使得通常只有20%~80%的芯片能夠完成晶圓生產(chǎn)線(xiàn)全過(guò)程，成為成品出貨。

對(duì)于大部分制造工程師來(lái)說(shuō)，這樣的成品率看上去真是太低了�？涛g當(dāng)我們考慮一下所面臨的挑戰(zhàn)，是要在極其苛刻的潔凈空間中，通過(guò)約39塊不同的掩膜版，在140平方毫米的芯片范圍內(nèi)，制作出數(shù)百萬(wàn)個(gè)微米量級(jí)的元器件平面構(gòu)造和立體層次，就會(huì)覺(jué)得能夠生產(chǎn)出任何這樣的芯片已經(jīng)是半導(dǎo)體工業(yè)了不起的成就了。

另外一個(gè)抑制良品率的重要方面是大多數(shù)生產(chǎn)缺陷的不可修復(fù)性。不像有缺陷的汽車(chē)零件可以更換，這樣的機(jī)會(huì)對(duì)半導(dǎo)體制造來(lái)說(shuō)通常是不存在的。缺陷芯片或晶圓一般是無(wú)法修復(fù)的。在某些情況下沒(méi)有滿(mǎn)足性能要求的芯片可以被降級(jí)處理做低端應(yīng)用。廢棄的晶圓或許可以發(fā)揮余熱，作為某些制程工藝的控制晶圓或假片使用。

除了以上這些工藝方面的因素外，規(guī)�；�的量產(chǎn)也使得良品率越發(fā)重要。巨額的資金投入，高于工業(yè)界平均比例的工程技術(shù)人員使用，這些導(dǎo)致了半導(dǎo)體生產(chǎn)高昂的分?jǐn)偝杀�。居高不下的分�(jǐn)偝杀�，加上激烈�?jìng)爭(zhēng)使得產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)下滑，驅(qū)使大部分芯片生產(chǎn)廠(chǎng)運(yùn)行在一個(gè)大規(guī)模量產(chǎn)，高良品率的水平上。

基于所有這些原因，也就不難理解半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)于良品率的執(zhí)著了。大部分的設(shè)備和原材料供應(yīng)商都以自己的產(chǎn)品可能提升良品率來(lái)作為推銷(xiāo)的主要手段。同樣，工藝工程部門(mén)也把維持和提高制程良品率當(dāng)作本部門(mén)的主要責(zé)任。良品率測(cè)量在制程的每一單個(gè)工藝開(kāi)始，并追述到整個(gè)工藝流程，從輸入空晶圓到完成的電路的裝運(yùn)。

通常，工廠(chǎng)將在工藝的三個(gè)主要點(diǎn)監(jiān)測(cè)。它們是晶圓制造工藝完成時(shí)、晶圓中測(cè)后和封裝完成時(shí)并進(jìn)行終測(cè)。

累積晶圓生產(chǎn)良品率

在晶圓完成所有的生產(chǎn)工藝后，第一個(gè)主要的良品率被計(jì)算出來(lái)了。對(duì)此良品率有多種不同的叫法，如FAB良品率、生產(chǎn)線(xiàn)良品率、積累晶圓廠(chǎng)良品率或“CUM”良品率。

無(wú)論怎么命名，都是用完成生產(chǎn)的晶圓總數(shù)除以總投入片數(shù)的一個(gè)百分比來(lái)表示。不同類(lèi)型的產(chǎn)品擁有不同的元件、特征工藝尺寸和密度因子。將會(huì)針對(duì)產(chǎn)品類(lèi)型而不是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)計(jì)算一個(gè)良品率。

晶圓生產(chǎn)良品率的制約因素

晶圓生產(chǎn)良品率受到許多方面的制約。下面列出了5個(gè)制約良品率的基本因素，任何晶圓生產(chǎn)廠(chǎng)都一定會(huì)對(duì)它們進(jìn)行嚴(yán)格的控制。這5個(gè)基本因素的共同作用決定了一個(gè)工廠(chǎng)的綜合良品率。

1.     工藝制程步驟的數(shù)量；

2.     晶圓破碎和彎曲；

3.     工藝制程變異；

4.     工藝制程缺陷；

5.     光刻掩膜版缺陷。

工藝制程步驟的數(shù)量

甚大規(guī)模集成電路需要數(shù)百個(gè)主要工藝操作。具有數(shù)百個(gè)工藝操作步驟的工藝過(guò)程是典型的藝術(shù)品。每一個(gè)主要工藝操作包含幾個(gè)步驟，每一個(gè)步驟又依序涉及到幾個(gè)分步。能夠在經(jīng)過(guò)眾多的工藝步驟后仍維持很高的CUM良品率，這一切顯然應(yīng)歸功于晶圓生產(chǎn)廠(chǎng)內(nèi)持續(xù)不斷的良品率壓力。在眾多的工藝步驟作用下，電路本身越復(fù)雜，預(yù)期的CUM良品率也就會(huì)越低。

每一個(gè)主要工藝操作都包含了許多工藝步驟及分步，這使得晶圓生產(chǎn)部門(mén)面臨著日益升高的壓力。每一個(gè)分步驟都存在污染晶圓、打碎晶圓，或者損傷晶圓的機(jī)會(huì)。自動(dòng)化和隔離技術(shù)提供了更多的控制晶圓的環(huán)境，但每個(gè)轉(zhuǎn)移和新工藝的環(huán)境給污染和芯片損傷增加了一次機(jī)會(huì)。