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为什么芯片工艺要借鉴“望闻问切”?

中科院半导体所 来源:Tom聊芯片智造 2024-01-18 11:10 次阅读

文章来源:Tom聊芯片智造

原文作者:芯片智造

本文介绍了做芯片的“望闻问切”的操作是什么。

有朋友看到这个题目很疑惑,“望闻问切”不是医学术语吗?和芯片工艺有什么联系吗?两个风马牛不相及的行业能有什么共通之处?当然这不是牵强附会,是我从事多年工作的深切体会,当然不仅仅用在芯片行业中,很多行业都可以借鉴其先进的辩证思想。

什么是“望闻问切”?

“望闻问切”是中医一贯的诊病方法。病人从外面来,医生先看其气色(望),后听其声音(闻),再仔细询问病人病情,感受,缘由(问),最后切脉,确定病灶所在,然后才敢施药诊治。

但是解决芯片工艺问题中的这四个步骤,要稍微颠倒一下顺序,即“闻、望、问、切”。为什么?因为诊病时,病人从外来,首先是看到,继而听病人的呻吟之声,才会问,再切脉;而芯片工艺出问题时,首先是spc/mes报警或员工报告(闻),之后工程师拿到晶圆,用显微镜观察芯片外观(望),再询问员工相关操作细节(问),最后动用FIB,EDS,XrfTEM,Xray等量测仪器对其内部进行分析(切),确定根因所在。

为什么芯片工艺要借鉴“望闻问切”?

芯片产品出现异常,能看到的异常往往只是芯片内部异常的外在表现。如果仅着眼于看到的情况,而不向芯片的内在或向上工序溯源,那就相当于脚痛医脚,头痛医头,治标不治本。芯片是一层层做上去的,往往在上上上上个工艺出现的问题,并不能马上呈现出来,因此在前工序一直被判定正常。但是到了本工序,之前的遗留问题集体爆发,就呈现出各种各样的异常,如果仅仅从本工序中找原因,找不到任何原因,根因找不到,就像刻蚀的问题却做了光刻改善的措施,问题也就根本无法得到彻底解决。

“望闻问切”是一个逐步缩小范围,确定根因的手段。只有精确定位到根因,针对性地做出改进措施,才能一劳永逸。确定根因,定位到病灶,很重要也很必要。

芯片工艺问题的“闻”

类比到芯片工艺,当工程师得到芯片异常的讯息,立马能判断芯片的根因在哪个工序,出在哪个参数上。这种算是极高明的工程师,只听异常汇报,就知道该从哪里改善,只有对整个芯片制程熟悉的不能再熟悉,经验丰富到不能再丰富的人才做得到,我没有见过,这种人只存在于神话中。

芯片工艺问题的“望”

类比到芯片制程,工程师知道芯片异常后,第一时间拿到晶圆,在显微镜/电子显微镜下进行观察,如果通过观察芯片表面,就能知道芯片根因在哪里,并给出相应的改善措施的工程师也是极高明的工程师。在芯片前工序那么多,工艺参数纷繁复杂的情况下,能知道问题出在哪,可谓神工。第一次接触新问题,就能给出准确判断的神工,我也没有见过。

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芯片工艺问题的“问”

类比到芯片制程,工程师看到异常后,心中就有一个大概的判断,再询问操作者操作前后的状况,有无人为失误,具体操作细节,有些人为因素,机台因素,来料问题在这个阶段基本能排出,如果在此时已找到根因,就不用再继续进行下一步分析,当事人的描述十分重要,因为这是工艺过程中的第一手资料。但是很多情况下,很多员工为了撇清自己的责任,会弱化相关描述,这个工程师对于员工的描述不可尽信,半信半疑即可。

芯片工艺问题的“切”

类比到芯片制程,前几步已经做了,无关因素也被排出差不多了,这个时候还拿不定主意,那么就要用FIB cut,EDS测其元素,Xrf测其含量厚度,TEM看其内部,等等。其中,FiB cut是一种十分有效,普遍的分析芯片问题方法,从侧面切开,芯片内部有什么问题,在高倍的显微镜下看的一目了然。这几部做下来,芯片制程问题基本能确定根因了。

芯片制程的“望闻问切”有哪些难度?

医学中的望闻问切有明确的定义,什么对应什么,古代的医书记载的很清楚,是固定不变的,只要在望闻问切中有符合医书的条款,即可找出对应的原因。但是芯片出现也就几十年,没有现成的定义,准则告诉你出现某种现象,一定是因为什么原因。芯片种类繁多,没有人会去总结这些经验,就算总结了,也只会在内部交流,一般人也看不到。因此只能靠自己去思考,去总结,去猜测,去做DOE践行。

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最后总结一下,要想确定芯片问题根因,一定要运用排除法,思路是整体的而不是分散的,是全面的而不是部分的,是变化的而不是静止的,是辨证的而不是普遍的。本文只借鉴“望闻问切”的辨证思想,不对其他方面进行争论,只希望优秀的方法能为芯片所用,为我所用。

审核编辑:汤梓红

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原文标题:做芯片需要借鉴“望闻问切”

文章出处:【微信号:bdtdsj,微信公众号:中科院半导体所】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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