半導體IC的良率與可靠性之間的緊密聯(lián)系已經(jīng)得到充分的研究和記錄。 圖1中的數(shù)據(jù)展示了這種關系。 類似的結(jié)果在批次、晶圓和芯片級別上都可以看得到。 簡而言之，良率高，可靠性隨之也好。這種良率與可靠性的相關性完全在意料之中，因為導致芯片故障的缺陷類型與造成早期可靠性問題的缺陷類型是相同的。影響良率和可靠性的缺陷之間的區(qū)別主要在于它們的尺寸和它們在芯片圖案上的位置。

　　半導體IC的良率與可靠性之間的緊密聯(lián)系已經(jīng)得到充分的研究和記錄。 圖1中的數(shù)據(jù)展示了這種關系。 類似的結(jié)果在批次、晶圓和芯片級別上都可以看得到。 簡而言之，良率高，可靠性隨之也好。 這種良率與可靠性的相關性完全在意料之中，因為導致芯片故障的缺陷類型與造成早期可靠性問題的缺陷類型是相同的。 影響良率和可靠性的缺陷之間的區(qū)別主要在于它們的尺寸和它們在芯片圖案上的位置。

　　圖1 IC組件的可靠性與良率之間緊密相關性。

　　因此，減少IC生產(chǎn)制程中影響良率的缺陷數(shù)量將會提高基準良率，同時可以提高實際使用中的組件可靠性。 認識到這一事實，服務于汽車市場的代工廠就面對兩個關鍵的問題。 首先是經(jīng)濟問題：為了提高可靠性，需要投入時間、金錢和資源以提高良率，投入的適當程度為何？ 第二個問題是技術問題：為了將基準良率提高到必要水平，什么是減少缺陷的最佳方法？

　　對于制造消費者電子設備的代工廠(移動電話、平板計算機等IC)，「成熟良率」被定義為進一步投入時間和資源卻并不一定會提高良率的轉(zhuǎn)折點。 隨著產(chǎn)品成熟，良率趨于穩(wěn)定，通常會達到一個高位數(shù)值但仍遠低于100%。 消費類產(chǎn)品代工廠會將資源重新分配到開發(fā)下一個設計節(jié)點的制程和設備，或降低成本以提高其成熟節(jié)點的獲利能力，而不是追求更高的良率，因為這樣做更有經(jīng)濟效益。

　　對于汽車代工廠而言，是否為了提高良率而增加投資的經(jīng)濟決策已經(jīng)超出了典型的邊際收益的決定。 當可靠性問題出現(xiàn)的時候，汽車IC制造商可能須要承擔昂貴且耗時的故障分析，并且在產(chǎn)品的保固期內(nèi)承擔故障和產(chǎn)品回收的經(jīng)濟責任，以及潛在的法律責任。 考慮到對汽車IC可靠性的要求比消費性IC要高兩至三個數(shù)量級，汽車代工廠必須達到更高的基準良率水平。 這就須要重新思考「成熟良率」的含義。

　　圖2著重展示了消費性產(chǎn)品與汽車代工廠商的成熟良率之間的差異。 任何類型的晶圓廠都會提高良率曲線，因而幾乎所有系統(tǒng)性影響良率的根源都已經(jīng)被解決。 剩余的良率損失主要是來自于制程設備或環(huán)境的隨機缺陷所造成的。 這時，消費產(chǎn)品代工廠可能認為良率和可靠性「足夠好」并采取相應的方法。 然而，在汽車行業(yè)，代工廠采用持續(xù)改進的策略來推高良率曲線。 透過降低影響良率的缺陷發(fā)生率，汽車代工廠還可以降低潛在的可靠性缺陷，從而優(yōu)化其利潤并降低風險。

　　汽車供應鏈(從OEMs到一級供貨商，再到IC制造商)都正在形成一種「每個缺陷都很重要」的思維模式和追求零缺陷的戰(zhàn)略。 他們認識到，當潛在缺陷離開代工廠之后，它在供應鏈中每向前一級，發(fā)現(xiàn)和解決的成本都會增加10倍。 因此，目前過度依賴電性測試的方法需要被成本最低的策略所取代，即將潛在故障在代工廠攔下。 只有有條不紊的實施減少缺陷的計劃，代工廠才能實現(xiàn)零缺陷目標，并能夠通過汽車制造商嚴格的審核。

　　除了穩(wěn)健的在線缺陷控制能力之外，汽車采購經(jīng)理希望看到的一些減少缺陷的方法還包括：

　?。?持續(xù)改進計劃(CIP)，用于減少基準缺陷

　?。?最佳設備工作流程

　?。?不良設備改善計劃

　　持續(xù)減少基準缺陷

　　產(chǎn)線缺陷策略是任何嚴格降低基準缺陷計劃的基礎。 為了成功檢測出影響其設計規(guī)則和組件類型的良率和可靠性缺陷，代工廠的產(chǎn)線缺陷策略必須包括合適的制程控制設備和合適的檢測取樣計劃。 所采用的缺陷檢測系統(tǒng)必須具備所需的缺陷靈敏度，維護良好并且達到規(guī)格，以及使用精心調(diào)整的檢測程序。 檢測取樣必須針對制程步驟達到足夠的頻率，以快速檢測到制程或設備的偏移。 此外，應有足夠的檢測產(chǎn)能用以支持加速異常偵測，根本原因區(qū)分和風險WIP追蹤之控制計劃。 有了這些要素，汽車代工廠應該可以實現(xiàn)成功的基準缺陷降低計劃，該計劃能夠證明隨著時間的推移良率趨勢的提升，提供進一步改進的目標以及等同于業(yè)界最佳做法。

　　在一個基準缺陷減少計劃中，最大的挑戰(zhàn)之一就是回答：這個缺陷來自哪里？ 答案往往不那么簡單。 有時，缺陷產(chǎn)生之后經(jīng)過多個制程步驟才被檢測到。 有時，只有在晶圓經(jīng)過其他制程并「裝飾」缺陷之后，它才會變得明顯，也就是說讓缺陷在檢測系統(tǒng)中更為顯而易見。 設備監(jiān)控策略有助于解決缺陷起源的問題。

　　在設備監(jiān)控/設備認證(TMTQ)的應用中，先檢測一片控片晶圓，使其在指定的制程設備(或反應室)中運行，然后再次檢測(圖3)。 第二次檢測發(fā)現(xiàn)的任何新的缺陷必定是由于該指定的制程設備而產(chǎn)生的。 結(jié)果很明確；對缺陷的根源沒有任何疑問。 追求零缺陷標準的汽車代工廠認識到設備監(jiān)控策略的好處：透過靈敏的檢測程序、適當?shù)目刂葡拗岛褪Э匦袆佑媱?OCAP)，可以揭示源自每個制程設備的隨機良率損失并將其解決。

　　圖3 在「預檢」檢測取得控片晶圓的基準數(shù)據(jù)之后，可以采用該晶圓循環(huán)運行部分或全部制程設備步驟。

　　「后」檢測揭示了制程設備所添加的缺陷。

　　此外，如圖4所示，將制程設備新增加的缺陷按照時間的推移進行繪制，這提供了可持續(xù)改進的記錄，可以對其進行審計并用于設定未來的缺陷減少目標。 代工廠可以將每個設備上出現(xiàn)的缺陷分類，并生成數(shù)據(jù)庫，并可作為現(xiàn)場故障的失效分析時的參考。 這種方法需要非常頻繁的設備認證(至少每天一次)通常與下面討論的最佳設備工作流程或不良設備改善計劃一起使用。

　　圖4 隨著時間的推移持續(xù)改進設備的清潔度。 問題的根源是明確的，可以客觀地按季或按月設定缺陷減少目標。 另外，比較兩種制程設備的缺陷可以顯示哪種機臺更清潔。 這有助于指導設備維護活動，并鎖定設備之間產(chǎn)生差異的原因。

　　AWF/不良設備改善計劃各有優(yōu)勢

　　最佳設備工作流程是代工廠用于達到汽車行業(yè)要求的零缺陷標準的另一種策略。 借助最佳設備工作流程或汽車工作流程(AWF)，用于汽車IC的晶圓只在晶圓廠的最佳制程設備中運行。 這要求晶圓廠了解任何既定制程步驟的最佳機臺。 為了可靠地確定哪種機臺最好，代工廠利用在線和設備監(jiān)控檢測的數(shù)據(jù)，然后僅將這些機臺用于汽車工作流程。 將汽車晶圓在每個制程步驟限制在單一的設備上可能會導致更長的周期時間。 然而，與可能導致可靠性問題的缺陷率較高的制程流程相比，這種做法對于汽車晶圓還是更受青睞。 加上有條不紊的持續(xù)改進計劃，大多數(shù)代工廠通常可以通過設定季度缺陷減低的目標，在每一步制程中獲得多個符合AWF要求的設備。

　　由于這種方法難以擴展，因此最佳設備工作流程最適合只有小部分WIP為汽車的代工廠。 對于大批量生產(chǎn)汽車產(chǎn)品的代工廠，應優(yōu)先考慮采用更有條理的持續(xù)改進計劃，如下文所述的不良設備改善的方法。

　　不良設備改善計劃與最佳設備的工作流程相反，因為它可以在任何給定的制程步驟中主動解決最差的制程設備。 在降低基準缺陷方面取得最大成功的代工廠往往通過采用不良設備改善計劃。 他們首先在每個制程步驟中將最差設備下線，并調(diào)整該設備，直到它超過同組中其余設備的平均值。 他們一遍又一遍地重復這個過程，直到同組的所有設備都符合最低標準。 一個有效的不良設備改善計劃要求工廠有一個井然有序的設備監(jiān)控策略，以在每一個步驟對每臺制程設備進行認證。 至少每臺設備上每天完成都需要完成一次認證程序，以確保采集足夠的數(shù)據(jù)，讓ANOVA或Kruskal-Wallis分析確定每組中最好和最差的設備。 一個不良設備改善計劃會安排制程設備的停機時間，并且是眾所周知的將整個晶圓廠提升至汽車標準的最快的方法之一。 通過提高良率和可靠性，該策略最終提高了汽車代工廠的有效產(chǎn)能和盈利能力。