ProcessWatch最昂贵缺陷；第2部分

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1、ProcessWatch：最昂貴的缺陷；第2部分作者：DavidW.Price與DouglasG.Sutherland作者按語：本文是探索半導體產業製程管制（檢測與量測）根本法則的十集系列連載中的第七集。每篇文章介紹十個根本法則之一，並著重說明其含義。ProcessWatch2014年12月版提出，最昂貴的缺陷就是直到生產線終點才檢測出來的缺陷。確實，沒有檢測出的偏移現象通常會導致每年價值數百萬美元的半導體晶片因缺陷而報廢。但是，很多電子產品供應商和原始設備製造商(OEM)都辯稱，現場故障（可靠性缺陷）的後果比電性測試階段檢測到的非功能性裝置故障（致命缺陷）要嚴重得多。可靠

2、性缺陷導致的後果包括：憤怒的客戶、代價高昂的故障分析，可能的業務損失，或者更糟。想一想裝有積體電路(IC)裝置的所有應用領域，例如汽車、飛機、醫學診療設備。以上應用的可靠性至關重要，這些領域的裝置絕不能發生故障。因此，許多晶圓廠將減少可靠性缺陷的可能性作為重中之重。半導體積體電路產業製程管制的第七個根本法則是：改善良率也能改善裝置可靠性。對於設計良好的製程和產品，早期工廠可靠性問題以隨機缺陷為主。過去20年中，這種相關性已被眾多研究者所證實[1-6]。最近，筆者與多家汽車原始設備製造商的品質經理進行了面談，他們確認，絕大部分可靠性故障最終都可以追溯到晶圓廠內的隨機缺陷。潛在

3、缺陷與致命缺陷：根據定義，致命缺陷（又稱良率缺陷）是導致裝置在t=0（電性測試）階段發生故障的缺陷。我們使用「潛在缺陷」（又稱可靠性缺陷）一詞來表示裝置在t>0（試機至約使用6個月時間）階段發生故障的缺陷。良率和可靠性之間的關係源於這樣的觀察：影響良率的缺陷類型同時也會影響可靠性。這兩者的分別主要在於缺陷的大小及其在裝置結構上的位置，如圖1所示。可能的潛在可靠性缺陷可能的潛在可靠性缺陷非致命缺陷致命缺陷非致命缺陷致命缺陷圖1.影響良率的缺陷類型也可能影響其可靠性。這兩者的分別主要在於缺陷的大小及其在裝置結構上的位置。多個裝置製造商進行的實驗已經證明，相對於造成良率損失的每1

4、00個致命缺陷，大約會有1-2個將導致可靠性故障的潛在缺陷。致命缺陷和潛在缺陷之間的關係非常明確，可應用於各種缺陷類型。此外，這些缺陷普遍與整體缺陷数目相關。換言之：·良率較低的批貨，其可靠性也差·良率較低的晶圓，其可靠性也差·良率較低的晶片位置，其可靠性也差因此，如果有好的晶片位於晶圓上的可疑位置附近，很多晶圓廠會塗去該晶片。這些好的晶片，如果其所在位置四周的晶片發生故障（圖2），則該晶片上有潛在缺陷的可能性就會更高，該潛在缺陷可能會在現場啟動，並導致可靠性問題。圖2.位於不良區域的好晶片。儘管圖中標出的晶片可能通過最終測試，但該晶片產生潛在可靠性問題的可能性會增高。很多

5、裝置製造商會在最終測試階段塗去此類晶片。可靠性缺陷減少策略為汽車產業提供產品的積體電路製造商一直以來都採用如下策略：降低潛在（可靠性）缺陷可能性的最佳方法就是降低晶圓廠的整體隨機缺陷水準。這可透過以下方式實現：1.增加製程管制方面的投資，以便為整個晶圓廠實現更高的基準良率和更少的偏移（汽車及非汽車流程；見圖3）2.專用汽車工序流程僅使用最穩定的製程設備3.在一些層上使用篩選檢測法，掃描每片晶圓來尋找缺陷。這通常使用高速檢測工具來完成，例如KLA-Tencor的8系列（或8900–待定）系統良率損失和可靠性損失總成本($)製程管制投資($)僅良率損失圖3.晶圓廠透過嘗試找到最

6、低總成本（製程管制投資成本加次品率成本）來設定其製程管控預算。對於某些產品類型，總成本還必須包括可靠性故障的成本。與那些僅僅注重次品率成本的廠商相比，這些晶圓廠通常會在製程管制策略上花費更多。結論由於良率缺陷和可靠性缺陷都有著相同的來源，因此減少良率缺陷來源也具有減少可靠性缺陷的附帶益處。根據產品的性質，這會在晶圓廠有關製程管制的成本最優投資決策方面發揮重要作用。有關隨機缺陷和可靠性之間相互關係的詳細資訊，請與筆者聯絡，或參考以下所列文獻。作者簡介：DavidW.Price博士是KLA-Tencor公司的資深總監。DouglasSutherland是KLA-Tencor公司

7、的首席科學家。在過去10年間，Price博士和Sutherland博士一直與50多家半導體積體電路製造商直接合作，協助他們最佳化整體檢測策略，以實現最低總成本。此系列文章試圖對總結出他們在這些合作中觀察到的一些普遍經驗。參考文獻：1.Shirley,Glenn和Johnson,Scott。「DefectModelsofYieldandReliability。」2013年在波特蘭州立大學的「品質及可靠性工程ECE510」課程中出版的第13號講座內容。http://web.cecs.pdx.edu/~cgshirl/Q