晶圓制造良率限制因素簡述（1）

下圖列出了一個11步工藝，如第5章所示。典型的站點良率列在第3列，累積良率列在第5列。對于單個產(chǎn)品，從站點良率計算的累積fab良率與通過將fab外的晶圓數(shù)量除以fab線開始的晶圓數(shù)量計算的良率相同。累積良率等于這個單獨電路的簡單累積fab良率計算。請注意，即使有非常高的單個站點良率，隨著晶圓通過工藝，累積fab良率仍將持續(xù)下降。一個現(xiàn)代集成電路將需要300到500個單獨的工藝步驟，這對維持盈利的生產(chǎn)率是一個巨大的挑戰(zhàn)。成功的晶圓制造操作必須實現(xiàn)超過90%的累積制造良率才能保持盈利和競爭力。

晶圓制造累積良率在50%到95%之間變化，這取決于許多因素。計算出的累積良率用于生產(chǎn)計劃以及工程和管理，并作為衡量工藝效果的指標。

晶圓制造良率限制因素

晶圓制造良率受到許多因素的限制。下面列出的五個是任何晶圓制造設(shè)施都必須控制的基本因素。這些基本因素結(jié)合設(shè)備或電路特定因素，導(dǎo)致給定設(shè)施生產(chǎn)出好芯片的整體良率。

1. 工藝步驟數(shù)量

2. 晶圓斷裂和翹曲

3. 工藝變化

4. 工藝缺陷

5. 掩模缺陷

1、工藝步驟數(shù)量

在上圖的計算中，請注意，每個單獨的工藝操作良率必須在高90%范圍內(nèi)，以產(chǎn)生85.9%的累積fab良率。舉例來說，這是一個相當(dāng)簡單的11步工藝。超大規(guī)模集成（ULSI）電路需要數(shù)百個主要工藝操作。對于最前沿的產(chǎn)品，具有數(shù)百個操作的過程是典型的。

每個操作都需要幾個步驟，每個步驟又涉及許多子步驟。可以很容易地理解，由于工藝步驟的數(shù)量，對制造區(qū)域維持高累積良率的持續(xù)壓力。電路越復(fù)雜，步驟數(shù)量越多，預(yù)期的累積良率就越低。

更多的工藝步驟還增加了其他四個良率限制因素在工藝過程中影響晶圓的可能性。這個因素是數(shù)字的暴政。例如，要實現(xiàn)50步工藝的75%累積制造良率，每個單獨步驟必須達到99.4%。這種計算類型的另一個暴政是，累積fab良率永遠不能超過最低單個步驟良率。如果一個工藝步驟只能達到50%的良率，整體累積良率就永遠不可能高于50%。

對于每個主要工藝操作，都有一些步驟和子步驟。在所展示的11步工藝中，第一個操作是氧化。一個簡單的氧化過程需要幾個步驟：清潔、氧化和評估。每個步驟都需要子步驟。下圖列出了一個典型的氧化過程的六個子步驟。每個子步驟都代表了污染、斷裂或損壞晶圓的機會。自動化和隔離技術(shù)為晶圓環(huán)境提供了更多的控制，但每次轉(zhuǎn)移和新的工藝環(huán)境都為污染和缺陷提供了機會。

2、晶圓斷裂和翹曲

在制造過程期間，晶圓通過手動和自動技術(shù)的組合多次被處理。每次處理都為打破相對脆弱的晶圓提供了機會。一個典型的300毫米（12英寸）直徑晶圓只有大約800微米厚。需要仔細處理晶圓，并且必須維護自動處理器以最小化斷裂。

熱處理增加了晶圓斷裂的敏感性。在晶體材料中引入了應(yīng)變，這使得晶圓在后續(xù)步驟中容易斷裂。自動處理機器只能容納全直徑晶圓。因此，任何斷裂，無論多小，都是從工藝中拒絕晶圓的原因。