集成电路产业的特点之一是高次品率，这就意味着要获得高成品率，必须付出比较大的人力 ...

 集成电路产业的特点之一是高次品率，这就意味着要获得高成品率，必须付出比较大的人力、物力和财力的代价。集成电路制造的成品率Y定义为：

        集成电路制造的一个重要目标是减少缺陷，加快成品率斜线上升的速度，提高日益复杂的器件的成品率。集成电路的成品率可以采用成品率模型进行量化，有利于评估为减小芯片面积或硅片尺寸而更改设计规则的代价，也用于估计新产品的生产成本。通用的成品率模型主要有：

        1．泊松模型（指数模型）：（其中A为芯片有效面积，D为缺陷密度）

        假设整个硅片缺陷密度均匀，且硅片之间完全相同。适用于低密度的中等集成电路。

        2．墨菲模型：

        广泛应用的成品率预测模型。假设缺陷密度在硅片上和硅片之间都不相同，存在中央趋势：中心缺陷密度低，边缘缺陷密度高。是预测VLSI和ULSI成品率的优秀模型。

        3．Seed模型：

        也假设硅片上和硅片之间存在不同缺陷变化，适用于VLSI和ULSI技术的硅片。

        成品率模型在模拟稳定的制作工艺时有效，这意味着随机缺陷造成的芯片失效是可以预测的。对于非随机缺陷（如芯片设计的修改）造成的芯片失效，这些模型是无法预测的。此外，除了以上的通用成品率模型，集成电路制造领域实际使用的成品率模型还有很多，它们大多适用于特定公司的产品和制作工艺。开发精确的成品率模型是很多公司正在进行的工作，而且具体的成品率统计数据常常被当做公司商业机密。

        实际上，影响集成电路成品率的因素多种多样，包括硅片直径、芯片尺寸、晶体缺陷、工艺成熟性以及工艺步骤数等等。硅片直径越大，边缘不完整芯片所占比例越小。例如200mm硅片边缘不完整芯片所占比例为14.5%，而300mm硅片的这一数字为10.8%。

        芯片尺寸是影响成品率的另一个重要因素，例如：一个2英寸硅片，缺陷密度为1∕cm²，如果加工面积为10mm*10mm的芯片，可加工数为12，其中4个无缺陷，成品率为33％；如果加工面积为5mm*5mm的芯片，可加工数57，其中41个无缺陷，成品率为72％（如图2.1所示）。

    图2.1　芯片尺寸对成品率的影响

        那么，减小芯片面积是提高成品率的有效方法吗？要达到减小芯片面积的目的，可以缩小线宽、提高集成度，但这会受到物理、技术和成本的限制，并使致命缺陷数目增加。所谓致命缺陷，就是位于器件关键部位并使器件产生致命性失效的缺陷（如图2.2所示）。有研究表明，线宽减半，潜在危害的缺陷数目会增加4~8倍。

    图2.2　致命和非致命缺陷

        缺陷是可能引起产品失效的任何事物。不完善的工艺控制、可靠性问题、微粒以及制造环境中其他类型污染物都是缺陷的来源，我们可以把缺陷归纳为两类：其一为系统缺陷，即工艺错误、设备故障、工艺能力的局限性、起始材料的不纯和设计错误等；其二为随机缺陷，即保护膜上的针孔、颗粒在硅片上的粘附、金属线的腐蚀等。

        缺陷在器件工艺成品率、器件效能、器件可靠性三个特定功能领域对工艺过程和器件产生影响。通过降低缺陷密度，可以使成品率得到提高。如果芯片面积已知，根据模型可计算出不同成品率所要求芯片的缺陷密度。例如，芯片面积10cm²，成品率要求99％时，采用泊松模型计算的缺陷密度为：

        这意味着，三个12英寸（300mm）硅片上的致命缺陷数只允许有2个，这是非常高的洁净度指标，传统的洁净室系统即使技术上能满足要求，但是造价昂贵、运行费用高对成本的影响将会很大。

        工艺成熟性以及工艺步骤数也是影响成品率的重要因素。器件总成品率一般有两种计算方式，一为成品率系统分量和随机分量的乘积（Ytotal　=　Ysystematic　×Yrandom），二为工艺各步骤成品率的乘积（Ytotal　=　∏Yi）。成品率低通常发生在量产早期，因此芯片的价格在新产品引入的阶段是最高的。此后，随着工艺成熟性的提高，成品率（特别是成品率随机分量）逐渐提高，芯片的生产成本迅速下降（如表2.1所示）。

    表2.1　某芯片产品在量产不同阶段的成品率变化

        此外，工艺步骤增加，获得高成品率的难度会随之增大。例如，对于一个64KDRAM，当工艺步骤为100步，每步成品率为99%时，总成品率Ytotal约为37%；而对于一个4GDRAM，工艺步骤为500步，每步成品率仍为99%，则Ytotal<1%，这是任何生产厂家都无法接受的。如果总成品率Ytotal要达到95%，每步成品率必须提高到99.99%。

        百分之一成品率的价值是多少？假如整个制造厂的平均成品率是70％，假如制造厂芯片总收入是6亿美元，成品率由70％提高到71％，意味着多出1.4％的芯片，或是增加840万美元的收益。可见，每百分之一成品率的提升都有巨大价值。因此，为减少缺陷和提高成品率，必须促进缺陷来源的探测、控制、减少、消除和预防。