半導體生產能力和工藝良品率的主要影響因素

良品率測量點

維持及提高工藝和產品的良品率對半導體工藝至關重要。任何對半導體工業做過些許了解的人都會發現，整個工藝對其生產良品率極其關注。的確如此，半導體制造工藝的復雜性，以及生產一個完整封裝器件所需要經歷的龐大工藝制程數量，是導致這種對良品率的關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線全過程，成為成品出貨。

對于大部分制造工程師來說，這樣的成品率看上去真是太低了�？涛g當我們考慮一下所面臨的挑戰，是要在極其苛刻的潔凈空間中，通過約39塊不同的掩膜版，在140平方毫米的芯片范圍內，制作出數百萬個微米量級的元器件平面構造和立體層次，就會覺得能夠生產出任何這樣的芯片已經是半導體工業了不起的成就了。

另外一個抑制良品率的重要方面是大多數生產缺陷的不可修復性。不像有缺陷的汽車零件可以更換，這樣的機會對半導體制造來說通常是不存在的。缺陷芯片或晶圓一般是無法修復的。在某些情況下沒有滿足性能要求的芯片可以被降級處理做低端應用。廢棄的晶圓或許可以發揮余熱，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�；�的量產也使得良品率越發重要。巨額的資金投入，高于工業界平均比例的工程技術人員使用，這些導致了半導體生產高昂的分攤成本。居高不下的分攤成本，加上激烈競爭使得產品價格持續下滑，驅使大部分芯片生產廠運行在一個大規模量產，高良品率的水平上。

基于所有這些原因，也就不難理解半導體工業對于良品率的執著了。大部分的設備和原材料供應商都以自己的產品可能提升良品率來作為推銷的主要手段。同樣，工藝工程部門也把維持和提高制程良品率當作本部門的主要責任。良品率測量在制程的每一單個工藝開始，并追述到整個工藝流程，從輸入空晶圓到完成的電路的裝運。

通常，工廠將在工藝的三個主要點監測。它們是晶圓制造工藝完成時、晶圓中測后和封裝完成時并進行終測。

累積晶圓生產良品率

在晶圓完成所有的生產工藝后，第一個主要的良品率被計算出來了。對此良品率有多種不同的叫法，如FAB良品率、生產線良品率、積累晶圓廠良品率或“CUM”良品率。

無論怎么命名，都是用完成生產的晶圓總數除以總投入片數的一個百分比來表示。不同類型的產品擁有不同的元件、特征工藝尺寸和密度因子。將會針對產品類型而不是對整個生產線計算一個良品率。

晶圓生產良品率的制約因素

晶圓生產良品率受到許多方面的制約。下面列出了5個制約良品率的基本因素，任何晶圓生產廠都一定會對它們進行嚴格的控制。這5個基本因素的共同作用決定了一個工廠的綜合良品率。

1.     工藝制程步驟的數量；

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。

工藝制程步驟的數量

甚大規模集成電路需要數百個主要工藝操作。具有數百個工藝操作步驟的工藝過程是典型的藝術品。每一個主要工藝操作包含幾個步驟，每一個步驟又依序涉及到幾個分步。能夠在經過眾多的工藝步驟后仍維持很高的CUM良品率，這一切顯然應歸功于晶圓生產廠內持續不斷的良品率壓力。在眾多的工藝步驟作用下，電路本身越復雜，預期的CUM良品率也就會越低。

每一個主要工藝操作都包含了許多工藝步驟及分步，這使得晶圓生產部門面臨著日益升高的壓力。每一個分步驟都存在污染晶圓、打碎晶圓，或者損傷晶圓的機會。自動化和隔離技術提供了更多的控制晶圓的環境，但每個轉移和新工藝的環境給污染和芯片損傷增加了一次機會。