微電子工藝可靠性的影響因素及提升措施研究

楊亞非

（內(nèi)蒙古自治區(qū)河套灌區(qū)管理總局解放閘灌域管理局，內(nèi)蒙古，015400）

微電子工藝可靠性的影響因素及提升措施研究

楊亞非

（內(nèi)蒙古自治區(qū)河套灌區(qū)管理總局解放閘灌域管理局，內(nèi)蒙古，015400）

可靠性是關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的重要部分。在IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)，微電子工藝的可靠性起著決定性的作用。本文在對微電子工藝可靠性進(jìn)行簡要闡述基礎(chǔ)上，指出了研究微電子工藝可靠性必須注意的三個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)，并從原材料控制、設(shè)備與工藝控制、環(huán)境潔凈度控制等方面探討了提升微電子工藝可靠性的具體措施。

微電子；可靠性；影響因素；提升措施

隨著電子科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，微電子產(chǎn)品已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著微電子產(chǎn)品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，人們對電子產(chǎn)品的質(zhì)量問題給予了高度關(guān)注?？煽啃允呛饬慨a(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，確保微電子工藝的可靠性，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮產(chǎn)品應(yīng)有的性能具有重要意義。為此，必須做好微電子工藝各方面、各環(huán)節(jié)的控制，保證設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，必須結(jié)合從微電子工藝可靠性的影響因素出發(fā)，采取有效的措施提升微電子工藝的可靠性。本文從研究工藝可靠性問題的基本出發(fā)點(diǎn)出發(fā)，對提升微電子工藝可靠性的措施進(jìn)行探討。

1 微電子工藝可靠性

工藝可靠性研究的主要階段是IC工藝加工階段，而研究的主要問題則是如何在這一階段如何滿足產(chǎn)品的可靠性要求。工藝可靠性在對工藝工程與IC可靠性之間的密切關(guān)系進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從可靠性的角度來確定工藝參數(shù)和工藝條件的基本要求，并且通過提升工序能力與工藝水平來確保工藝工程得到有效地控制，從而保證生產(chǎn)出可靠性高的工藝產(chǎn)品。工藝的可靠性受到多方面因素的影響，原材料、設(shè)備與工藝、環(huán)境潔凈度等均會直接影響產(chǎn)品的可靠性。為提升微電子工藝可靠性，必須從如下三方面出發(fā)：

第一，試驗(yàn)和篩選不能夠完全保證產(chǎn)品可靠性，必須通過可靠的設(shè)計(jì)和工藝可靠性來確保產(chǎn)品可靠性。隨著對產(chǎn)品可靠性要求的提高(10-8-10-9/元件小時(shí)),設(shè)計(jì)與制造已成為保證IC產(chǎn)品可靠性兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過可靠性設(shè)計(jì)來提高IC產(chǎn)品的“潛在可靠性”。而要提升IC產(chǎn)品的“固有可靠性”則必須通過工藝可靠性來實(shí)現(xiàn)?？傊?，工藝可靠性是影響IC產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。

第二，IC成品率和IC可靠性與IC質(zhì)量關(guān)系密切。為了充分保證可靠性，必須要將提高成品率的要求和對工藝的要求標(biāo)準(zhǔn)化，讓其要求保證一致。

第三，要兼顧到IC特性參數(shù)，有時(shí)候會出現(xiàn)工藝可靠性要求與IC特性參數(shù)要求之間的關(guān)系，這樣就必須先保證可靠性，在可靠性的基礎(chǔ)上，兼顧到特性參數(shù)。

2 微電子工藝可靠性的影響因素即提升策略

考慮到IC生產(chǎn)的幾個(gè)環(huán)節(jié)，我們必須采取技術(shù)措施來保證IC的可靠性生產(chǎn)，這些環(huán)節(jié)主要包括原材料，設(shè)備，工藝控制，環(huán)節(jié)等。

2.1 原材料控制

原材料是IC產(chǎn)品質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)，原材料在國際上已經(jīng)具有相當(dāng)高的質(zhì)量水平，采用傳統(tǒng)"批接收檢驗(yàn)"的結(jié)果往往是合格率100%。但仍很難保證原材料驗(yàn)收過程中的微小問題，鑒于此，對原材料的控制可以采用PPM技術(shù)( Part Per Million)和SPC( Statistical Process Control) 技術(shù)，只有如此才能保證供貨方原材料的質(zhì)量差別。PPM 技術(shù)的精度可以精確到百萬分之幾，具有"質(zhì)變"的含義。

SPC技術(shù)：IC生產(chǎn)不僅要求原材料有較高的質(zhì)量，還要求原材料的質(zhì)量一致性好。SPC 控制成功解決了這個(gè)問題，供貨方在提供貨物的時(shí)候不但要提供質(zhì)量合格的原材料，還要將SPC 數(shù)據(jù)成功的提供給客戶,這樣就可以保證質(zhì)量水平的一致性，讓所有的材料在統(tǒng)計(jì)受控中生產(chǎn)，以此來擺脫單純靠篩選保證質(zhì)量的舊方式。

2.2 設(shè)備與工藝控制

設(shè)備與工藝控制是保證IC生產(chǎn)的重要條件，尤其是先進(jìn)設(shè)備的運(yùn)用更是工藝可靠的硬性條件。在先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上努力提高軟件技術(shù)，將硬件軟件技術(shù)有機(jī)結(jié)合?？煽啃耘c工藝參數(shù)分析：首先是結(jié)合具體工藝要求，合理利用可靠性模擬技術(shù)，可靠性試驗(yàn)，確定工藝參數(shù)與可靠性關(guān)系規(guī)范，將IC產(chǎn)品的可靠性失效率轉(zhuǎn)換成對工藝參數(shù)的控制。

工藝條件的優(yōu)化：工藝條件的優(yōu)化核心是保證工藝的魯棒性，根據(jù)不同的工藝設(shè)備，采用特定的方法，比如相應(yīng)曲面法，正交試驗(yàn)等方法，運(yùn)用這種優(yōu)化的工藝來確定標(biāo)稱值，工藝參數(shù)對工藝要求并不敏感，這就導(dǎo)致較大工藝起伏范圍仍然能夠滿足要求。對工藝條件的優(yōu)化可以也提高產(chǎn)品的可靠度。

工序能力分析：采用優(yōu)化工藝后的工藝參數(shù)呈現(xiàn)分散特征，部分參數(shù)仍然會分布在規(guī)范之外，鑒于此，盡量采用各種工藝參數(shù)檢測技術(shù)，盡可能多的收集足夠多的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，確定工藝參數(shù)滿足實(shí)際的能力，有的微電子技術(shù)提出多大6項(xiàng)參數(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠性，提高了工藝的工序能力，為保障可靠性提高了良好的保障。

工藝統(tǒng)計(jì)控制： 除上述步驟外，為能生產(chǎn)出穩(wěn)定的IC產(chǎn)品，還應(yīng)該采用統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)技術(shù),這種技術(shù)可以對整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行控制，從而提高可靠度。

2.3 環(huán)境潔凈度控制

環(huán)境的潔凈度是指單位體積空間所含0.5μm尺寸的塵埃數(shù)，其對IC產(chǎn)品的可靠性也會有很大影響。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)《空氣潔凈度分級標(biāo)準(zhǔn)：ISO14644-1》中的規(guī)定來對環(huán)境潔凈度進(jìn)行控制。國際標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了每一等級潔凈度所對應(yīng)的各尺的塵埃數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。在進(jìn)行環(huán)境潔凈度控制時(shí)，可具體參考標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定來進(jìn)行。

在IC檢測中，較小顆粒容易導(dǎo)致IC特性雖然不合要求，但仍能通過要求，但較大顆粒則有可能導(dǎo)致IC金屬互連線層間短路、開路等問題。在檢測中應(yīng)盡量避免較大和較小顆粒的存在，較小顆粒會導(dǎo)致連線局部變窄等缺陷，由于介層質(zhì)量變差，最終導(dǎo)致使用過程中IC提前失效，導(dǎo)致可靠性變低。因此，在微電子工藝中，是否能夠?qū)ιa(chǎn)環(huán)境的潔凈度進(jìn)行有效的控制，將會直接影響到工藝可靠性，也會對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3 結(jié)束語

可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，確保微電子工藝的可靠性，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮產(chǎn)品應(yīng)有的性能具有重要意義。微電子工藝建立的操作規(guī)程是可靠性保障的重要保障，無論是對工藝運(yùn)行的環(huán)境要求，還是對工藝設(shè)備狀態(tài)的要求，都會與工藝處理方法和操作程序一樣影響其可靠性，工藝操作中要嚴(yán)格控制符合條件的工藝參數(shù)，最好有工藝質(zhì)量的控制規(guī)定，嚴(yán)格控制質(zhì)量參數(shù)檢測方法，控制質(zhì)量參數(shù)，參數(shù)檢測儀器等環(huán)節(jié)，將參數(shù)控制范圍盡量縮小，只有這樣才能生產(chǎn)出可靠性高的IC產(chǎn)品。

[1]張霞,于治水,姚寶殿,言智,鄭祺.工藝案例在《微電子器件可靠性》中的運(yùn)用與實(shí)踐[J].上海工程技術(shù)大學(xué)教育研究,2014,04:22-25.

[2]高麗蘭,陳旭.微電子封裝中導(dǎo)電膠連接可靠性研究[J].固體力學(xué)學(xué)報(bào),2010,06:631-642.

[3]王長河.微電子器件可靠性研究與展望[J].半導(dǎo)體情報(bào),1995,03:1-7.

[4]陳榮枝.微電子器件的可靠性研究[J].能源研究與信息,2014,01:52-57.

[5]孔學(xué)東,恩云飛,章曉文,張曉明.微電子生產(chǎn)工藝可靠性評價(jià)與控制[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn),2004,03:1-5.

Factors affecting the reliability of microelectronics technology and enhance Measures

Yang Yafei
（Inner Mongolia Hetao Irrigation Administration liberation gate irrigation Domain Authority,Neimenggu,015400）

Reliability is an important part of the relationship between product quality. In IC production processes, reliability microelectronic technology plays a decisive role. In this paper, the reliability of microelectronic process briefly described on the basis of identified three basic starting point microelectronics research process reliability must be noted and discussed the promotion of micro control from raw materials, equipment and process control, environmental control and other aspects of cleanliness specific measures electronic process reliability.

microelectronics; reliability; influencing factors; promotion measures

TP36

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