半導(dǎo)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(guān)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(guān)性完全在意料之中，因為導(dǎo)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(dǎo)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(guān)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(guān)性完全在意料之中，因為導(dǎo)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(guān)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(zhǔn)良率，同時可以提高實際使用中的組件可靠性。 認(rèn)識到這一事實，服務(wù)于汽車市場的代工廠就面對兩個關(guān)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(dāng)程度為何？ 第二個問題是技術(shù)問題：為了將基準(zhǔn)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(shè)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(dá)到一個高位數(shù)值但仍遠(yuǎn)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(shè)計節(jié)點的制程和設(shè)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(dāng)可靠性問題出現(xiàn)的時候，汽車IC制造商可能須要承擔(dān)昂貴且耗時的故障分析，并且在產(chǎn)品的保固期內(nèi)承擔(dān)故障和產(chǎn)品回收的經(jīng)濟責(zé)任，以及潛在的法律責(zé)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(dá)到更高的基準(zhǔn)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(shè)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(rèn)為良率和可靠性「足夠好」并采取相應(yīng)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(fēng)險。
汽車供應(yīng)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(rèn)識到，當(dāng)潛在缺陷離開代工廠之后，它在供應(yīng)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(biāo)，并能夠通過汽車制造商嚴(yán)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(zhǔn)缺陷
?。?最佳設(shè)備工作流程
?。?不良設(shè)備改善計劃
持續(xù)減少基準(zhǔn)缺陷
產(chǎn)線缺陷策略是任何嚴(yán)格降低基準(zhǔn)缺陷計劃的基礎(chǔ)。 為了成功檢測出影響其設(shè)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(shè)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(dá)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(dá)到足夠的頻率，以快速檢測到制程或設(shè)備的偏移。 此外，應(yīng)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(fēng)險WIP追蹤之控制計劃。 有了這些要素，汽車代工廠應(yīng)該可以實現(xiàn)成功的基準(zhǔn)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(biāo)以及等同于業(yè)界最佳做法。
在一個基準(zhǔn)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(shè)備監(jiān)控策略有助于解決缺陷起源的問題。
在設(shè)備監(jiān)控/設(shè)備認(rèn)證(TMTQ)的應(yīng)用中，先檢測一片控片晶圓，使其在指定的制程設(shè)備(或反應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)的汽車代工廠認(rèn)識到設(shè)備監(jiān)控策略的好處：透過靈敏的檢測程序、適當(dāng)?shù)目刂葡拗岛褪Э匦袆佑媱?OCAP)，可以揭示源自每個制程設(shè)備的隨機良率損失并將其解決。
圖3 在「預(yù)檢」檢測取得控片晶圓的基準(zhǔn)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(shè)備步驟。
「后」檢測揭示了制程設(shè)備所添加的缺陷。
此外，如圖4所示，將制程設(shè)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(shè)定未來的缺陷減少目標(biāo)。 代工廠可以將每個設(shè)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(shè)備認(rèn)證(至少每天一次)通常與下面討論的最佳設(shè)備工作流程或不良設(shè)備改善計劃一起使用。
圖4 隨著時間的推移持續(xù)改進設(shè)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(shè)定缺陷減少目標(biāo)。 另外，比較兩種制程設(shè)備的缺陷可以顯示哪種機臺更清潔。 這有助于指導(dǎo)設(shè)備維護活動，并鎖定設(shè)備之間產(chǎn)生差異的原因。
AWF/不良設(shè)備改善計劃各有優(yōu)勢
最佳設(shè)備工作流程是代工廠用于達(dá)到汽車行業(yè)要求的零缺陷標(biāo)準(zhǔn)的另一種策略。 借助最佳設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備上可能會導(dǎo)致更長的周期時間。 然而，與可能導(dǎo)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(shè)定季度缺陷減低的目標(biāo)，在每一步制程中獲得多個符合AWF要求的設(shè)備。
由于這種方法難以擴展，因此最佳設(shè)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(yīng)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(shè)備改善的方法。
不良設(shè)備改善計劃與最佳設(shè)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(shè)備。 在降低基準(zhǔn)缺陷方面取得最大成功的代工廠往往通過采用不良設(shè)備改善計劃。 他們首先在每個制程步驟中將最差設(shè)備下線，并調(diào)整該設(shè)備，直到它超過同組中其余設(shè)備的平均值。 他們一遍又一遍地重復(fù)這個過程，直到同組的所有設(shè)備都符合最低標(biāo)準(zhǔn)。 一個有效的不良設(shè)備改善計劃要求工廠有一個井然有序的設(shè)備監(jiān)控策略，以在每一個步驟對每臺制程設(shè)備進行認(rèn)證。 至少每臺設(shè)備上每天完成都需要完成一次認(rèn)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(shè)備。 一個不良設(shè)備改善計劃會安排制程設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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。