时代芯存半导体科普系列,我们已经介绍了光刻,干湿刻蚀,薄膜工艺,化学机械研磨,缺陷扫描等一系列工艺流程,工艺整合的作用就是把这些分立的半导体工艺集成(integrate)起来,生成我们的集成电路(integratedcircuit- IC)芯片。

近年来,随着半导体工艺技术的不断提升,器件设计的日益复杂。从晶圆下线到制作成芯片,需经过数百到数千道的工艺流程,时间更往往需长达数个月。犹如一班特长程的火车,从起点出发,经过平原,森林,高地,低谷。最重要的目标,就是将车上的乘客安全准时的送达终点。而对于半导体产品而言,从最初的流程规划,站点安排,规格设定。到晶圆下线后的试产规模规划,实验设计,流片进度。乃至于到芯片产出后的电性及良率测试,以及试产后期的工艺调试,规格调整,缺陷改善等等良率提升的作为。其发动,主导及联系者,即为工艺整合。

而负责工艺整合项目的工艺整合工程师,就如同火车的驾驶员,肩负着整辆列车乘客与货物的安全与时效责任,如何经由一站接着一站的工艺流程,将产品如期如质的送到终点,达到最好的良率表现。则考验着工艺整合工程师的专业能力与协调沟通技巧。当面对产品设计的研发工程师(RD)时,须能够针对工厂的能力与研发工程师需求进行协调,才能设计出功能完整且符合工厂工艺能力的产品。而当面对着各工艺站点的专业工程师时,须与工艺工程师(Module PE)合作找出最适合该产品的作业条件,及有效解决相关的工艺问题。而当面对产线时,则需针对新产品特性或是工程实验的特殊条件及作业方式进行指导与沟通,而当产品进入测试阶段时,则需与电性及产品工程师合作,对于在测试时所发现的问题与结果,与制作过程中的量测资料与异常进行比对。在最短时间内精准的找出问题的原因与优化的方向,从而达到良率提升的目的。

 

以下针对在产品开发各阶段,工艺整合工程师所扮演的角色与工作重点进行简单的说明:


1

新产品设计阶段:

当产品的设计者将设计图画好,就必须将设计图交付给工厂内的工艺整合工程师,由工艺整合工程师进行DRC(Design rule check),确认此设计图能够符合工厂的工艺能力,如发现无法符合的项目,则需将设计图退回给设计者进行修改,修改完成后再进行DRC确认。直到所有设计均能符合工厂工艺能力为止。

当设计图完成后,工艺整合工程师会与工艺工程师,电性工程师,产品工程师协商,确认线上的量测位置(Measure box/OL Mark.....etc.),电性测试单元(WAT testkey)与可靠度测试单元(Reliability testkey)需求,汇整并编排于产品晶圆预留的切割道上(Tapeout)。并将产品的设计图交付OPC(optical proximity correction)工程师作掩膜图形修正。待修正完成后,将各道掩膜版的设计图交付掩膜厂制作,打造出产品制作所需要的工艺掩膜版。

2

新产品试产阶段:

当新产品设计完成后,工艺整合工程师则要开始进行工厂试产的准备工作,包含召开新产品启动会议(kick off meeting),规划产品从试产开始到进入量产的阶段条件与时间规划,流程卡的建立与修改,各工艺节点的规格与条件,试产时所需消耗的资源(晶圆,分析机台,特殊物料.....等等)评估,并于事先协调相关单位(工程部门,测试部门,分析实验室,生产部门)寻求支持,将产品的制作流程以图文方式对各部门进行说明。工程部门则依各工艺节点提出最适合的作业机台与作业需求,包含所需要的工艺调试时间,需求晶圆数量,实验室分析样品数量等等细节提出需求。由工艺整合工程师进行汇整,并向生产与实验室等相关单位寻求支持。以便让试产能够顺利开展。

当试产开始后,工艺整合工程师则需定期召开会议(1~2次/天),针对试产进度进行说明,并邀请工程单位针对工艺流程中所负责的节点,说明调适进度与所遭遇到的问题及后续改善计划。工艺整合工程师则将其汇整记录,列为持续追踪项目,并持续更新整体试产进度并公告。

而当新产品开始进入试产测试阶段时,工艺整合工程师则是依测试部门所回馈的电性测试(electrical data, WAT),晶圆测试(chip probing, CP)与封装后测试(final test, FT)结果,针对不良的数值,与试产过程中的各项工艺参数(in-line data)与工艺问题(in-line issue)进行比对分析,必要时则需规划实验进行工艺参数的验证与调整,如此重复的测试-->验证-->调整-->测试-->再调整,直到所有测试结果均能稳定的通过可靠性测试(Reliability test)与客户质量资格验证(QUAL)。则工艺整合工程师则可将新产品带入到量产阶段。

3

产品量产阶段:

开始量产后,工艺整合工程师则会将工作重心放在如何确保产品电性及良率的稳定,并进而对良率进行提升。此时工艺整合工程师会依产品目前的特性,使用各种的分析手法,规划一系列的实验,如:调整工艺节点规格,新增或减少工艺节点,以期将产品良率作更进一步的提升及维稳。另外,如果产品在工艺流程中发生异常,则工艺整合工程师会协助工程及品保部门进行判断,定义异常品受影响的程度,并对异常品的处置提出建议,如有需要,也需对客户进行汇报说明。

4

技术转移阶段:

若是产品在量产后,有需要进行技术转移时,技术输出方的工艺整合需要先确认所有的相关技术文件是否完整,并且是最新的状态,并将该产品从试产到量产所遭遇到的问题点及改善方式汇整出来。同步移转给技术输入方的工艺整合,而输入方的工艺整合则依技术文件及厂内相关配置,评估需作调整的项目,以及是否需重新进行试产。后续则依前叙的各阶段,依序完成导入量产。 

以上是工艺整合在工厂产品各个阶段时期,所需负责的项目简单说明。可知工艺整合工程师对整个半导体芯片厂而言,可说是一个不可或缺的人物,从新产品导入到量产品良率提升,各个项目的进行几乎都有工艺整合的存在,特别是在新产品导入时,工艺整合能力的高低,更是直接关系到新产品导入的成败。一个好的工艺整合工程师,能够对各站工艺能有一定的了解,并从而有效率的连结研发工程师,工艺工程师,测试工程师以及生产或实验室等相关单位,当遇到问题或异常时,能快速正确的进行分析,并寻求适合的解决方法,达到如期如质的进入量产与量率提升的目标,为工厂带来获利。(文:蔡尚修)





2020年08月19日

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时代芯存半导体科普系列——半导体工艺概述 工艺整合

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