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    微電子工藝可靠性的影響因素及提升措施研究

    來源:UC論文網2016-06-27 15:12

    摘要:

    本文在對微電子工藝可靠性進行簡要闡述基礎上,指出了研宄微電子工藝可靠性必須注意的三個基本出發點,并從原材料控制、設備與工藝控制、環境潔凈度控制等方面探討了提升微電

      隨著電子科學與技術的快速發展,微電子產品已經在眾多領域得到了廣泛的應用。伴隨著微電子產品應用范圍的不斷擴大,人們對電子產品的質最問題給予了高度關注。可靠性是衡S產品質最的重要指標,確保微電子工藝的可靠性,對于保證產品質最,發揮產品應有的性能具有重要意義。為此,必須做好微電子工藝各方面、各環節的控制,保證設備處于正常工作狀態,必須結合從微電子工藝可靠性的影響因素出發,采取有效的措施提升微電子工藝的可靠性。本文從研宄工藝可靠性問題的基本出發點出發,對提升微電子工藝可靠性的措施進行探討。
     
      1.微電子工藝可靠性
     
      工藝可靠性研究的主要階段是1C工藝加工階段,而研宄的主要問題則是如何在這一階段如何滿足產品的可靠性要求。工藝可靠性在對1:藝工程與1C可靠性之間的密切關系進行分析的基礎上,從可靠性的角度來確定工藝參數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T程得到有效地控制,從而保證生產出可靠性高的工藝產品。工藝的可靠性受到多方面因素的影響,原材料、設備與工藝、環境潔凈度等均會直接影響產品的可靠性。為提升微電子工藝可靠性,必須從如下三方面出發:
     
      第一,試驗和篩選不能夠完全保證產品可靠性,必須通過可靠的設計和工藝可靠性來確保產品可靠性。隨著對產品可靠性要求的提高(10-8-10-9/元件小時),設計與制造己成為保證1C產品可靠性兩個重要環節。通過可靠性設計來提高1C產品的“潛在可靠性”。而要提升1C產品的“固有可靠性”則必須通過工藝可靠性來實現。總之,工藝可靠性是影響1C產品可靠性的關鍵。
     
      第二,1C成品率和1C可靠性與1C質最關系密切。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準化,讓其要求保證一致。
     
      第三,要兼顧到1C特性參數,有時候會出現工藝可靠性要求與1C特性參數要求之間的關系,這樣就必須先保證可靠性,在可靠性的基礎上,兼顧到特性參數。
     
      2.微電子工藝可靠性的影響因素即提升策略
     
      考慮到1C生產的幾個環節,我們必須釆取技術措施來保證1C的可靠性生產,這些環節主要包括原材料,設備,工藝控制,環節等。
     
      2.1原材料控制
     
      原材料是1C產品質量控制的主要環節,原材料在國際上已經具有相當高的質量水平,采用傳統”批接收檢驗"的結果往往是合格率100%。但仍很難保證原材料驗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(PartPerMillion)和SPC(StatisticalProcessControl)技術,只有如此才能保證供貨方原材料的質量差別。PPM技術的精度可以精確到百萬分之幾,具有"質變"的含義。
     
      SPC技術:1C生產不僅要求原材料有較高的質最,還要求原材料的質最一致性好。SPC控制成功解決了這個問題,供貨方在提供貨物的時候不但要提供質量合格的原材料,還要將SPC數據成功的提供給客戶,這樣就可以保證質最水平的一致性,讓所有的材料在統計受控中生產,以此來擺脫單純靠篩選保證質最的舊方式。
     
      2.2設備與工藝控制
     
      設備與工藝控制是保證ic生產的重要條件,尤其是先進設備的運用更是工藝可靠的硬性條件。在先進設備的礎上努力提高軟件技術,將硬件軟件技術有機結合。可靠性與工藝參數分析:首先是結合具體工藝要求,合理利用可箱性模擬技術,可靠性試驗,確定工藝參數與可靠性關系規范,將1C產品的可靠性失效率轉換成對工藝參數的控制。
     
      工藝條件的優化:工藝條件的優化核心是保證工藝的魯棒性,根據不同的工藝設備,采用特定的方法,比如相應曲面法,正交試驗等方法,運用這種優化的r藝來確定標稱值,工藝參數對工藝要求并不敏感,這就導致較大工藝起伏范圍仍然能夠滿足要求。對工藝條件的優化可以也提高產品的可靠度。
     
      工序能力分析:采用優化工藝后的工藝參數呈現分散特征,部分參數仍然會分布在規范之外,鑒于此,盡最采用各種工藝參數檢測技術,盡可能多的收集足夠多的工藝參數數據,確定工藝參數滿足實際的能力,有的微電子技術提出多大6項參數來保證數據的可靠性,提高了工藝的工序能力,為保障可靠性提高了良好的保障。
     
      工藝統計控制:除上述步驟外,為能生產出穩定的ic產品,還應該采用統計過程控制(SPC)技術,這種技術可以對整個生產線進行控制,從而提高可靠度。
     
      2.3環境潔凈度控制
     
      環境的潔凈度是指單位體積空間所含0.5um尺寸的塵埃數,其對1C產品的可靠性也會有很大影響。根據國際標準《空氣潔凈度分級標淮:IS014644-1》中的規定來對環境潔凈度進行控制。國際標準中明確規定了每一等級潔凈度所對應的各尺的塵埃數進行了規定。在進行環境潔凈度控制時,可具體參考標淮中的規定來進行。
     
      在1C檢測中,較小顆粒容易導致1C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致1C金屬互連線層間短路、幵路等問題。在檢測中應盡S避免較大和較小顆粒的存在,較小顆粒會導致連線局部變窄等缺陷,由于介層質量變差,最終導致使用過程中1C提前失效,導致可靠性變低。因此,在微電子工藝中,是否能夠對生產環境的潔凈度進行有效的控制,將會直接影響到工藝可靠性,也會對產品的質量產生影響。
     
      3.結束語
     
      可靠性是衡最產品質最的重要指標,確保微電子工藝的可靠性,對于保證產品質罱,發揮產品應有的性能具有重要意義。微電子工藝建立的操作規程是可靠性保障的道要保障,無論是對r藝運行的環境要求,還是對工藝設備狀態的要求,都會與工藝處理方法和操作程序一樣影響其可靠性,工藝操作中要嚴格控制符合條件的工藝參數,最好有工藝質最的控制規定,嚴格控制質最參數檢測方法,控制質量參數,參數檢測儀器等環節,將參數控制范圍盡最縮小,只有這樣才能生產出可靠性高的ic產品。
     
                                                                                                                                    楊亞非
                                                                                            (內蒙古自治區河套灌區管理總局解放閘灌域管理局)

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