半导体工艺之生产力和工艺良率(七)

文摘   2024-07-04 23:30   北京  

同样重要的是要记住,公式预测的良率数字是来自基本上处于控制之下的工艺。在现实中,晶圆分选良率会因为制造过程中的正常工艺变化而在晶圆之间变化。下面的图例中显示了一个典型的晶圆分选良率图表。

注意,晶圆13远低于正常良率范围。在这种情况下,工艺工程师会寻找一些灾难性的工艺故障,例如规格外的层厚度或掺杂层太深或太浅。


组装和最终测试良率

晶圆分选后,晶圆进入封装过程,也称为组装和测试。在那里,晶圆被分离成单独的裸片,并封装在保护性外壳中。在这个系列步骤中,有许多视觉检查和对组装过程的质量检查。

封装过程的最后步骤是一系列物理、环境和电气测试,统称为最终测试。(这些流程、检查和最终测试的细节在后面的章节中描述)。最终测试后,计算第三个主要良率,即通过最终测试的裸片与通过晶圆分选测试后进入封装的好的裸片数量的比率。


整体工艺良率

整体工艺良率是三个主要良率点(具体的内容见下面的图例所示)的数学乘积。这个以百分比表示的数字给出了发货裸片与起始晶圆上的完整裸片数量的比较。它是对整个过程成功的全面衡量。

整体良率会随着几个主要因素的变化而变化。下面的图例中显示了典型的工艺良率及其计算出的整体良率。在前两列中是影响个别和整体良率的主要工艺因素。

首先是特定电路的集成水平。电路集成程度越高,所有类别的预期良率就越低。更高的集成水平意味着特征尺寸相应减小。第2列列出了制造工艺的成熟度。工艺良率几乎总是遵循S曲线模式(具体的内容见下面的图例所示),贯穿产品在制造过程中的整个生命周期。起初,当工艺中最初的问题被解决时,良率上升得相当缓慢。接着是良率迅速上升的时期,最终随着工艺成熟、裸片尺寸、集成水平、电路密度和缺陷密度所施加的限制而趋于平稳。正如下面的图例所示的表格,整体良率可以从非常低(对于新的或设计不良的产品甚至可能为零)到更简单和成熟的产品的90%范围。半导体生产商认为他们的良率表现非常专有,因为利润和生产控制直接取决于工艺良率。

下面的图例所示了不同工艺和电路成熟度下良率随时间变化的曲线。

复习本章的主题

完成本章后,你应该能够对这些内容有一个比较明确的认识:

1. 过程中的三个主要良率测量点。

2. 晶圆直径、裸片尺寸、裸片密度、边缘裸片数量和缺陷密度对晶圆分选良率的影响。

3. 根据一系列单独工艺步骤的良率计算累积制造良率。

4. 整体工艺良率。

5. 影响制造良率的四个主要因素。

6. 为不同工艺和电路成熟度绘制良率-时间曲线。

7. 高工艺良率与设备可靠性之间的关系。

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