如何理解晶圆制造的良率（Yield）

如何理解晶圆制造的良率（Yield）

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网易

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https://www.163.com/dy/article/JAJ7523105566SXC.html

在半导体制造领域，晶圆制造的良率（Yield）是衡量生产效率和产品质量的关键指标。本文将详细介绍良率的定义、分类、影响因素以及提升策略，并通过具体案例分析，帮助读者深入了解这一复杂而重要的制造环节。

良率（Yield）的定义

在晶圆制造中，良率通常指在一批晶圆中，最终达到设计和功能要求的合格芯片的比例。良率的高低直接影响到产品的成本、生产效率和最终的经济效益。

良率的分类

在晶圆制造中，良率可以分为以下几类：

• 工艺良率（Process Yield）：指在制造过程中，工艺步骤的执行成功率，即每一步工艺所导致的损失。
• 测试良率（Test Yield）：指在测试过程中，通过测试的芯片的比例。
• 成品良率（Final Yield）：综合工艺良率和测试良率，指最终符合质量要求的成品芯片比例。

良率的影响因素

良率受到多种因素的影响，包括但不限于：

• 工艺控制（Process Control）：包括设备的精度、参数的稳定性、工艺流程的优化等。工艺控制的稳定性和精度直接决定了良率的高低。
• 材料质量（Material Quality）：材料的纯度、杂质含量等会影响晶圆的物理和化学性能，从而影响良率。
• 设计因素（Design Factors）：芯片设计中的缺陷、设计规则违规等也会影响最终的良率。
• 缺陷密度（Defect Density）：晶圆在制造过程中可能会出现各种微观和宏观的缺陷，这些缺陷会导致芯片失效，降低良率。

良率提升的策略

针对量产产品良率提升，通常采用以下几种策略：

• 缺陷分析和优化（Defect Analysis and Optimization）：通过对晶圆制造过程中产生的缺陷进行分类、分析，确定缺陷的来源，并通过调整工艺参数、优化工艺流程等方法减少缺陷的产生。例如，降低光刻过程中颗粒污染的概率或通过化学机械抛光（CMP）优化减少表面缺陷。
• 持续改进（Continuous Improvement）：在量产过程中，基于历史数据和统计分析，持续进行小幅度的工艺优化和改进，逐步提高良率。使用统计过程控制（SPC）来监控关键参数，及时发现并纠正偏差。
• 客户反馈和协同（Customer Feedback and Collaboration）：通过与客户的紧密合作，获取客户的反馈和需求，针对特定问题进行定制化的优化方案。与客户沟通协商制定质量提升计划，并定期评估和更新。

Yield 的影响因素

在晶圆上制造过程中，每片晶圆上的总芯片数通常由晶圆的尺寸和芯片的大小决定。而合格芯片数是通过测试阶段得出的，经过筛选，只有功能和性能都符合要求的芯片才算合格。

良率管理和优化的具体案例

比如CIS项目，良率提升和优化通常涉及到以下几个方面：

• Defect Reduction：在投片过程中通过对缺陷的监控和数据分析，定位和减少特定的缺陷种类。例如，通过使用先进的检测设备和优化的光刻流程，可以减少颗粒缺陷。
• Process Optimization：通过工艺参数的调整和优化，例如调整离子注入剂量、扩散时间等，优化制程条件以提高器件的电性能，从而提高良率。
• Design for Manufacturability (DFM)：通过与设计团队的协作，优化设计规则，使之更加适合量产，减少生产过程中由于设计缺陷导致的失效。

案例分析

• 良率提升项目：通过优化30多个项目，已经实现了平均良率提升超过1%的目标，特别是在4个关键项目中取得了显著的提升。这通常涉及精细的缺陷分析和针对性的工艺调整。
• 新产品导入（NTO）：成功导入了5颗NTO，并顺利交付进入量产阶段。这需要对新产品的快速学习和工艺调整，确保在量产前解决所有潜在的工艺问题。
• **通过对产线的持续优化和材料的有效利用，显著提高了成本效益、良率、循环时间以及生产力，达到了某Fab厂的最佳成本/良率，并保持零客户事故。