在半导体中,良率是指无缺陷合格品的比例。它是以一片晶圆上设计的 IC 芯片最大数量为基准,与实际生产中正常工作的芯片数量进行比较,并用百分比表示。也就是说,良率就是投入数量与最终产出合格品数量之间的比例。
良率越高,生产效率就越高,企业的销售额和利润也会随之提升,因此在半导体产业中提高良率极为重要。由于半导体由微细电路构成,制造过程中任何一个环节的缺陷或问题都会对产品造成致命影响。
因此,要获得高良率,就必须有高精度的工艺设备、洁净的无尘室环境,以及稳定可靠的工艺条件等多方面的保障。
半导体的良率主要可以分为 Fab 良率、EDS 良率、组装良率,以及组装后最终测试 (Final Test) 良率。
•Fab 良率:表示晶圆 (Wafer) 投入与产出的片数比率。
•EDS 良率:表示整体芯片数量中正常工作的芯片比例。通常在半导体产业中,所说的“良率”就是指 EDS 良率。EDS 测试中被判定为正常的芯片越多,对收益的贡献就越大。
•组装良率:表示所有芯片中,能够被正常封装/组装完成的比例。
•Final Test 良率:指在全部完成组装的芯片中,能够满足正常运行和规格要求的芯片比例。
在半导体行业中,“良率”通常是指 EDS 良率。在工艺完成后的晶圆上,使用 EDS 测试设备对芯片逐一测试,根据状态用代码(Bin Code)进行分类。良率优良的芯片通常被归类为 Bin1 + Bin2,其余芯片则被判定为 Fail 芯片。
由于 EDS 良率在整体价值中占比最高,因此企业会集中所有资源和能力,最大化地提升 EDS 良率。EDS 低良率的原因大致可分为参数失效(Parametric Fail)、系统性失效(Systematic Fail)和随机失效(Random Fail)。
•参数失效(Parametric Fail):对良率提升最为致命,且具有晶圆局部区域性特点。对工艺波动极其敏感,测试条件也会显著影响良率。大多数情况下,原因来自于设计缺陷或器件性能不足,常见于新产品的早期阶段。
•系统性失效(Systematic Fail):多数与工艺裕量不足有关,属于工艺性问题。失效区域会重复出现,通常在产品的初期量产阶段比较明显。
•随机失效(Random Fail):由于设备内颗粒(Particle)或工艺过程中产生的缺陷(Defect)导致晶圆上随机出现失效芯片。
一般在产品生命周期(PLC)的成熟阶段,是需要最终解决的课题。因此,良率提升的改善顺序通常是:参数失效→系统性失效→随机失效。
异常处理流程:异常发现(现场)→原因分析(技术)→判定(工艺)→最终批准(品质)。
•晶圆厂良率(Fab Yield):基本保持高良率,可以认为几乎没有波动。工艺不良、设备问题造成的破片(Broken Reject)、运输过程中的损坏等会对良率产生负面影响。
•EDS 良率:对损失和收益影响最大,从研发到量产阶段,影响良率的变量很多,因此良率波动幅度最大。对设计、工艺和设备极为敏感。
•组装良率(Assembly Yield):良率变化几乎可以忽略不计。但在初期设计变更、环境因素、材料问题等情况下,可能会发生不良。
•最终测试良率(Final Test Yield):在量产阶段的目标是保持高良率。同样可能受设计变更、工艺或材料变更的影响。组装后的芯片需要进行性能和功能测试,并根据质量水平分类至不同 Bin Code。
在量产过程中产生的晶圆或芯片不良,会经过异常处理流程,最终被报废(Scrap)或淘汰(Reject)。