今天查閱了一下晶圓良率的控制，晶圓的成本和能否量產(chǎn)最終還是要看良率。晶圓的良率十分關(guān)鍵，研發(fā)期間，我們關(guān)注芯片的性能，但是量產(chǎn)階段就必須看良率，有時(shí)候?yàn)榱肆悸室惨獪p掉性能。

那么什么是晶圓的良率呢？

比如上圖，一個(gè)晶圓，通過(guò)芯片最好測(cè)試，合格的芯片/總芯片數(shù)===就是該晶圓的良率。普通IC晶圓一般都可以完成在晶圓級(jí)的測(cè)試和分布mapping出來(lái)。

良率還需要細(xì)分為wafer良率、Die良率和封測(cè)良率，而總量率則是這三種良率的總乘積，總量率將決定一家晶圓廠到底是賠錢還是賺錢。

舉個(gè)例子，如果某個(gè)晶圓廠的一條產(chǎn)線上每一道制程良率都高達(dá)99%，那么經(jīng)過(guò)600道工序后整體良率是多少呢？答案是0.24%，幾乎為0。

所以，晶圓代工企業(yè)都會(huì)視總良率為最高機(jī)密，對(duì)外公布的數(shù)據(jù)往往都不會(huì)是企業(yè)的真正總良率。

而晶圓的最終良率主要由每一步工藝的良率的積組成,從晶圓制造,中測(cè),封裝到成測(cè),每一步都會(huì)對(duì)良率產(chǎn)生影響,其中晶圓制造因?yàn)楣に噺?fù)雜,工藝步驟多步（300步左右）成為影響良率的主要因素。由此可見(jiàn),晶圓良率越高,同一片晶圓上產(chǎn)出的好芯片數(shù)量就越多,如果晶圓價(jià)格是固定的,那好芯片數(shù)量就越多就意味著每片晶圓的產(chǎn)量越高,每顆芯片的成本越低,那么理所當(dāng)然,利潤(rùn)也就越高。

晶圓的良率受工藝設(shè)備、原材料等影響很大，要想達(dá)到較高的晶圓良率，首先要穩(wěn)定工藝設(shè)備，定期做工藝能力恢復(fù)等。另外環(huán)境因素對(duì)wafer良率、Die良率和封測(cè)良率這三種良率都會(huì)產(chǎn)生一定影響。常見(jiàn)的環(huán)境因素包括塵埃、濕度、溫度和光照亮度，所以芯片制造和封測(cè)的過(guò)程中都需要在超凈的工作環(huán)境中進(jìn)行。最后，是技術(shù)成熟度問(wèn)題。一般情況下，新工藝剛出來(lái)的時(shí)候良率會(huì)很低，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行和導(dǎo)致低良率的因素被發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)，則良率就會(huì)不斷地被提升。如今，新工藝或是工具，每個(gè)幾個(gè)月或甚至幾周就會(huì)被引進(jìn)，因此提升良率就成了半導(dǎo)體公司的一個(gè)永不停息的過(guò)程。

如何把控晶圓良率

很多半導(dǎo)體公司都有工程師專門從事良率提高的工作,在晶圓廠（foundary）有專門的良率提高（YE）部門的良率工程師負(fù)責(zé)提高晶圓的良率,在無(wú)晶圓公司（Fabless）的運(yùn)營(yíng)部門有產(chǎn)品工程師（PE）要負(fù)責(zé)提高良率。由于領(lǐng)域有所不同,這些工程師所專注的重點(diǎn)也會(huì)有所區(qū)別。晶圓廠內(nèi)的良率工程師對(duì)制造工藝十分精通,主要通過(guò)公司的良率管理系統(tǒng)（YMS）對(duì)工藝相關(guān)的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行良率分析,一般有以下幾種方法：

1)產(chǎn)線中缺陷掃描數(shù)據(jù)（Inline Defect Scan）

2)工藝監(jiān)控測(cè)試數(shù)據(jù)（WAT）

3)產(chǎn)線量測(cè)數(shù)據(jù)（Metrology）

4)設(shè)備共同性（Tool Commonality）

5)工藝規(guī)范性（Process Specifications）

6)失效分析（Failure Analysis）

無(wú)晶圓公司的產(chǎn)品工程師則對(duì)自己的產(chǎn)品非常熟悉,掌握一些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和很多測(cè)試數(shù)據(jù),所以產(chǎn)品工程師對(duì)良率分析會(huì)從一些幾個(gè)方面開(kāi)展[1]：

1)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括版圖和電路圖等（GDS，Schematic，etc）

2)電性測(cè)試數(shù)據(jù)（Wafer Probling，F(xiàn)inal Test data）

3)Schmoo圖

4)比特圖（Bitmap）

5)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試（System Level Test）

6)失效分析（Failure Analysis）

對(duì)于有實(shí)際生產(chǎn)線的晶圓制造，對(duì)每臺(tái)制造設(shè)備的穩(wěn)定性監(jiān)控很重要，如上圖，可以通過(guò)記錄設(shè)備的關(guān)鍵工藝產(chǎn)生，積累出一個(gè)隨生產(chǎn)時(shí)間改變的波段的曲線，形成工藝精度把控的參數(shù)點(diǎn)。

最后，晶圓被測(cè)試完畢之后，通過(guò)自動(dòng)分揀機(jī)，可以剔除不良芯片，而且對(duì)性能良莠不齊的芯片也可以分檢，比如Intel的CPU晶圓，性能較好的芯片檢出來(lái)做i7處理器芯片，差點(diǎn)的做i5芯片，其實(shí)都是一個(gè)娘生的，只不過(guò)一個(gè)長(zhǎng)的好看點(diǎn)，一個(gè)長(zhǎng)得難看點(diǎn)的區(qū)別。

還有就是不同尺寸的晶圓，同一條產(chǎn)線做出來(lái)良率也會(huì)不同，倒不一定小片的良率一定高于大片。這也和設(shè)備工藝的匹配度有關(guān)，一個(gè)晶圓一般邊緣區(qū)域的不良die最多，因此很多產(chǎn)線追求大尺寸晶圓，這樣相對(duì)而言邊緣的不良die占比就低。

但是大尺寸的晶圓就面臨許多應(yīng)力、膜層生長(zhǎng)等先天性問(wèn)題。比如前幾年半導(dǎo)體熱衷上10寸，12寸的產(chǎn)線，導(dǎo)致8寸、6寸產(chǎn)線被遺棄，連半導(dǎo)體設(shè)備商都不做小尺寸晶圓的設(shè)備了，20年這兩年8寸二手設(shè)備這個(gè)緊俏，一朋友公司閑置1年的6寸晶圓廠現(xiàn)在都接單接不過(guò)來(lái)，風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)啊！可能是中美貿(mào)易戰(zhàn)像一些汽車芯片、通信芯片很多公司都在找國(guó)產(chǎn)的替代品。

原文標(biāo)題：晶圓芯片的良率

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