為什么芯片工藝要借鑒“望聞問切”？

文章來源：Tom聊芯片智造

原文作者：芯片智造

本文介紹了做芯片的“望聞問切”的操作是什么。

有朋友看到這個題目很疑惑，“望聞問切”不是醫(yī)學(xué)術(shù)語嗎？和芯片工藝有什么聯(lián)系嗎？兩個風(fēng)馬牛不相及的行業(yè)能有什么共通之處？當(dāng)然這不是牽強(qiáng)附會，是我從事多年工作的深切體會，當(dāng)然不僅僅用在芯片行業(yè)中，很多行業(yè)都可以借鑒其先進(jìn)的辯證思想。

什么是“望聞問切”？

“望聞問切”是中醫(yī)一貫的診病方法。病人從外面來，醫(yī)生先看其氣色（望），后聽其聲音（聞），再仔細(xì)詢問病人病情，感受，緣由（問），最后切脈，確定病灶所在，然后才敢施藥診治。

但是解決芯片工藝問題中的這四個步驟，要稍微顛倒一下順序，即“聞、望、問、切”。為什么？因為診病時，病人從外來，首先是看到，繼而聽病人的呻吟之聲，才會問，再切脈；而芯片工藝出問題時，首先是spc/mes報警或員工報告（聞），之后工程師拿到晶圓，用顯微鏡觀察芯片外觀（望），再詢問員工相關(guān)操作細(xì)節(jié)（問），最后動用FIB，EDS，Xrf，TEM，Xray等量測儀器對其內(nèi)部進(jìn)行分析（切），確定根因所在。

為什么芯片工藝要借鑒“望聞問切”？

芯片產(chǎn)品出現(xiàn)異常，能看到的異常往往只是芯片內(nèi)部異常的外在表現(xiàn)。如果僅著眼于看到的情況，而不向芯片的內(nèi)在或向上工序溯源，那就相當(dāng)于腳痛醫(yī)腳，頭痛醫(yī)頭，治標(biāo)不治本。芯片是一層層做上去的，往往在上上上上個工藝出現(xiàn)的問題，并不能馬上呈現(xiàn)出來，因此在前工序一直被判定正常。但是到了本工序，之前的遺留問題集體爆發(fā)，就呈現(xiàn)出各種各樣的異常，如果僅僅從本工序中找原因，找不到任何原因，根因找不到，就像刻蝕的問題卻做了光刻改善的措施，問題也就根本無法得到徹底解決。

“望聞問切”是一個逐步縮小范圍，確定根因的手段。只有精確定位到根因，針對性地做出改進(jìn)措施，才能一勞永逸。確定根因，定位到病灶，很重要也很必要。

芯片工藝問題的“聞”

類比到芯片工藝，當(dāng)工程師得到芯片異常的訊息，立馬能判斷芯片的根因在哪個工序，出在哪個參數(shù)上。這種算是極高明的工程師，只聽異常匯報，就知道該從哪里改善，只有對整個芯片制程熟悉的不能再熟悉，經(jīng)驗豐富到不能再豐富的人才做得到，我沒有見過，這種人只存在于神話中。

芯片工藝問題的“望”

類比到芯片制程，工程師知道芯片異常后，第一時間拿到晶圓，在顯微鏡/電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，如果通過觀察芯片表面，就能知道芯片根因在哪里，并給出相應(yīng)的改善措施的工程師也是極高明的工程師。在芯片前工序那么多，工藝參數(shù)紛繁復(fù)雜的情況下，能知道問題出在哪，可謂神工。第一次接觸新問題，就能給出準(zhǔn)確判斷的神工，我也沒有見過。

芯片工藝問題的“問”

類比到芯片制程，工程師看到異常后，心中就有一個大概的判斷，再詢問操作者操作前后的狀況，有無人為失誤，具體操作細(xì)節(jié)，有些人為因素，機(jī)臺因素，來料問題在這個階段基本能排出，如果在此時已找到根因，就不用再繼續(xù)進(jìn)行下一步分析，當(dāng)事人的描述十分重要，因為這是工藝過程中的第一手資料。但是很多情況下，很多員工為了撇清自己的責(zé)任，會弱化相關(guān)描述，這個工程師對于員工的描述不可盡信，半信半疑即可。

芯片工藝問題的“切”

類比到芯片制程，前幾步已經(jīng)做了，無關(guān)因素也被排出差不多了，這個時候還拿不定主意，那么就要用FIB cut，EDS測其元素，Xrf測其含量厚度，TEM看其內(nèi)部，等等。其中，F(xiàn)iB cut是一種十分有效，普遍的分析芯片問題方法，從側(cè)面切開，芯片內(nèi)部有什么問題，在高倍的顯微鏡下看的一目了然。這幾部做下來，芯片制程問題基本能確定根因了。

芯片制程的“望聞問切”有哪些難度？

醫(yī)學(xué)中的望聞問切有明確的定義，什么對應(yīng)什么，古代的醫(yī)書記載的很清楚，是固定不變的，只要在望聞問切中有符合醫(yī)書的條款，即可找出對應(yīng)的原因。但是芯片出現(xiàn)也就幾十年，沒有現(xiàn)成的定義，準(zhǔn)則告訴你出現(xiàn)某種現(xiàn)象，一定是因為什么原因。芯片種類繁多，沒有人會去總結(jié)這些經(jīng)驗，就算總結(jié)了，也只會在內(nèi)部交流，一般人也看不到。因此只能靠自己去思考，去總結(jié)，去猜測，去做DOE踐行。

最后總結(jié)一下，要想確定芯片問題根因，一定要運用排除法，思路是整體的而不是分散的，是全面的而不是部分的，是變化的而不是靜止的，是辨證的而不是普遍的。本文只借鑒“望聞問切”的辨證思想，不對其他方面進(jìn)行爭論，只希望優(yōu)秀的方法能為芯片所用，為我所用。

審核編輯：湯梓紅