晶圓制造和封裝之影響良率的主要工藝和材料因素（一）

生產(chǎn)力和工藝良率

概覽

晶圓制造和封裝是一個(gè)極其漫長(zhǎng)和復(fù)雜的過(guò)程，涉及數(shù)百個(gè)要求嚴(yán)格的步驟。這些步驟從未每次都完美執(zhí)行，污染和材料變化結(jié)合在一起會(huì)導(dǎo)致晶圓在生產(chǎn)過(guò)程中的損失。此外，晶圓上的一些芯片未能滿足客戶的電氣和性能規(guī)范。在本章中，將確定主要的良率測(cè)量點(diǎn)以及影響良率的主要工藝和材料因素。還介紹了不同良率點(diǎn)和不同電路的典型良率。

良率測(cè)量點(diǎn)

維護(hù)和提高工藝和產(chǎn)品良率是半導(dǎo)體制造業(yè)的生命線。對(duì)一個(gè)偶然的觀察者來(lái)說(shuō)，似乎整個(gè)行業(yè)都對(duì)生產(chǎn)良率著迷。這種觀察確實(shí)是正確的。由于工藝的嚴(yán)格要求和生產(chǎn)一個(gè)封裝芯片所需的龐大工藝數(shù)量，導(dǎo)致產(chǎn)品損失。這兩個(gè)因素導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程通常只發(fā)貨其投入晶圓制造線的芯片的20%到80%。

這些良率與大多數(shù)制造操作相比似乎非常低。然而，考慮到生產(chǎn)由數(shù)百萬(wàn)微米或亞微米尺寸圖案組成的數(shù)百個(gè)電路，這些圖案層數(shù)相等且非常薄，都處于非常嚴(yán)格的清潔水平之內(nèi)，全部在140毫米^2的芯片限制之內(nèi)，來(lái)自39個(gè)不同的掩模，該行業(yè)能夠生產(chǎn)出功能芯片的事實(shí)本身就是一個(gè)證明。

另一個(gè)有助于保持良率低迷的因素是大多數(shù)生產(chǎn)錯(cuò)誤的不可修復(fù)性。雖然有缺陷的汽車零件可以更換，但在半導(dǎo)體制造業(yè)中很少有這樣的選擇。有缺陷的芯片或晶圓通常無(wú)法恢復(fù)。在某些情況下，未通過(guò)性能測(cè)試的芯片可以降級(jí)并出售用于要求較低的用途。報(bào)廢的晶圓可能會(huì)找到新的生命，作為控制或監(jiān)控晶圓。

除了這些工藝因素外，還有業(yè)務(wù)的批量性質(zhì)。高昂的資本成本和高于平均水平的工程人員比例轉(zhuǎn)化為高開銷業(yè)務(wù)。這種高開銷，加上競(jìng)爭(zhēng)保持銷售價(jià)格的下行壓力，要求大多數(shù)芯片生產(chǎn)商運(yùn)行高產(chǎn)量、高良率的工藝。

鑒于所有這些因素，對(duì)良率的關(guān)注是可以理解的。大多數(shù)設(shè)備和材料供應(yīng)商都強(qiáng)調(diào)其產(chǎn)品可能帶來(lái)的良率提升。同樣，工藝工程團(tuán)隊(duì)的主要職責(zé)是維護(hù)和提高工藝良率。良率測(cè)量從單個(gè)工藝級(jí)別開始，并貫穿整個(gè)工藝序列進(jìn)行跟蹤，從進(jìn)入空白晶圓到完成電路的發(fā)貨。

通常，工廠會(huì)在工藝的三個(gè)主要點(diǎn)監(jiān)控良率。它們分別在晶圓制造過(guò)程結(jié)束時(shí)、晶圓分選后以及封裝和最終測(cè)試過(guò)程結(jié)束時(shí)（見下圖所示）。

累積晶圓制造良率 一個(gè)主要的良率測(cè)量點(diǎn)是在晶圓制造完成時(shí)。這種良率被稱為fab良率、線良率、累積fab良率或“累積”良率。

無(wú)論名稱如何，它都是以離開晶圓制造的晶圓數(shù)量除以進(jìn)入工藝的晶圓數(shù)量的百分比來(lái)表示。由于不同類型的產(chǎn)品具有不同的組件、特征尺寸和密度因素，晶圓制造良率是針對(duì)每種產(chǎn)品類型而不是整個(gè)制造線良率來(lái)計(jì)算的。

累積fab良率首先通過(guò)計(jì)算離開每個(gè)單獨(dú)工藝的晶圓數(shù)量（稱為站點(diǎn)良率）并除以進(jìn)入該站點(diǎn)的數(shù)量來(lái)開始。

站點(diǎn)良率又通過(guò)相乘來(lái)計(jì)算整體累積fab良率。

審核編輯：劉清