檢查需要預防的大，中，小三類(lèi)汽車(chē)潛在缺陷

這些致命微粒由于較大，通常更容易使用內聯(lián)計量方法發(fā)現，并在晶圓廠(chǎng)進(jìn)行過(guò)濾來(lái)去除。中等大小的微粒不易通過(guò)傳統計量系統發(fā)現或通過(guò)傳統過(guò)濾器去除，并且也可能導致問(wèn)題。它們可以在設備封裝步驟的老化制程中被發(fā)現，但無(wú)法去除。因此，那些在老化中被發(fā)現存在故障的設備只能被丟棄，從而造成可銷(xiāo)售商品的損失。用于發(fā)現這些大中型微粒引起的缺陷的設備和方法是眾所周知且經(jīng)過(guò)證實(shí)的，并且已成為任何電子設備可持續生產(chǎn)的一個(gè)組成部分。

小威力，大問(wèn)題

各種檢測已經(jīng)開(kāi)始描繪出潛在缺陷與污染物（如微粒，凝膠，金屬離子和有機物）之間的關(guān)系。這些是在晶圓廠(chǎng)采取標準預防措施和老化可用性測試后仍然存在的污染物。盡管導致了短路，開(kāi)路或任何電解質(zhì)泄漏的污染物會(huì )被檢測到，但較小的和中等大小的污染物仍可能會(huì )嵌入在相應的層中，并隨著(zhù)時(shí)間的推移而引發(fā)問(wèn)題。

業(yè)界對可靠性故障原因的研究已有幾十年了。其中的原因包括電遷移，氧化層擊穿，熱載流子注入 (HCI)，應力導致的開(kāi)裂和負偏壓溫度不穩定性 (NBTI) 等效應。此外，還發(fā)現了與擴散，腐蝕和可塑性有關(guān)的更多機制。隨著(zhù)可靠性目標變得更加嚴格，將需要采用更多機制，  對與微粒和金屬污染物有關(guān)的潛在缺陷進(jìn)行控制，從而  使可靠性達到新的水平。

微粒大小對柵氧化層的影響

圖 5 從三個(gè)問(wèn)題層次總結了小微粒，中等大小微粒和大微粒對柵氧化層完整性的潛在影響。最大的微?？赡軙?huì )破壞芯片上的特征圖案或干擾不同材料的分層，并導致“致命”缺陷。去除大微?？梢粤⒓刺岣吡悸?，并且可以很輕松地通過(guò)計量系統發(fā)現并通過(guò)標準的半導體液體過(guò)濾器和凈化器去除這些大微粒。阻止或控制大微粒的成本不高。但是，一旦晶圓在半導體晶圓廠(chǎng)中生產(chǎn)出來(lái)，這些微粒和任何相關(guān)缺陷將會(huì )永久嵌入其中，無(wú)法修復。

不當的過(guò)濾或計量方法可能會(huì )漏掉中等大小的微粒，這些微?？赡軙?huì )也可能不會(huì )在老化測試中導致故障。由于這些微粒不會(huì )完全破壞芯片上的特征圖案或干擾不同材料的分層，因此它們不會(huì )導致設備的即時(shí)故障。隨著(zhù)時(shí)間的推移，這可能會(huì )導致安裝的部件最終出現故障。為防止潛在缺陷，應在半導體晶圓廠(chǎng)發(fā)現并處理這些晶圓缺陷。根據現有的計量技術(shù)，發(fā)現這些故障的難度會(huì )更大，成本也會(huì )更高，但在這個(gè)制造階段發(fā)現問(wèn)題可以將不合格的芯片從供應鏈中剔除?？梢酝ㄟ^(guò)加強過(guò)濾和凈化操作來(lái)預防這些缺陷。

下一個(gè)挑戰是可能無(wú)法通過(guò)晶圓廠(chǎng)的過(guò)濾器去除或由計量系統檢測到的小微粒。由于它們只是部分地破壞芯片上的特征圖案，或部分地干擾不同材料的分層，因此它們不會(huì )導致設備的即時(shí)故障，也不會(huì )在芯片和模塊制造過(guò)程中的老化測試中發(fā)現。它們可能導致的惡化發(fā)生得更慢，從而導致潛在故障，這種故障可能在芯片通過(guò)所有參數檢驗，老化測試和功能測試并投入使用后的幾個(gè)月或幾年之后才會(huì )發(fā)生。

請注意，從圖 5 中可以發(fā)現，微粒密度會(huì )隨著(zhù)微粒變小而增加。用自然界作為類(lèi)比，化學(xué)物中的微粒分布與地質(zhì)狀況相似。地球上的沙粒比大石塊多得多。在同一圖表中，缺陷密度也會(huì )隨著(zhù)微粒變小而增加。但是，隨著(zhù)微粒持續變小，缺陷密度將降低并定格在某個(gè)點(diǎn)。此時(shí)，微粒已經(jīng)足夠小，以至于不再可能產(chǎn)生潛在缺陷，因此不需要成為清除工作的重點(diǎn)。與其他大小的微粒一樣，“小”微粒大小的描述將因每個(gè)電路設計的容差而異。

應對十億分率的挑戰

業(yè)內早已意識到這些問(wèn)題。適用于A(yíng)I（人工智能），HPC（高性能計算），加密貨幣，5G以及其他存儲和處理密集型應用的高端芯片的制造商正在努力達到接近 零缺陷的標準。但是，車(chē)用芯片傳統的特點(diǎn)是，在電力 應用，微控制器和低復雜度傳感器中要求有較大的電路 寬度和嚴格的質(zhì)量標準，從而在 10-15 年的預期壽命中能夠承受惡劣的溫度，濕度和振動(dòng)條件的考驗。因此，污染控制通常集中在去除較大的微粒，以免產(chǎn)生威脅良 率的致命缺陷。但隨著(zhù)我們讓汽車(chē)對我們的出行需求和 整體安全進(jìn)行更多的自動(dòng)化控制，汽車(chē)制造商越來(lái)越意 識到，在個(gè)別故障和代價(jià)高昂的召回中，污染與潛在缺 陷之間可能存在關(guān)系。隨著(zhù)行業(yè)期待將設備故障率從ppm 級別降低到ppb級別，半導體制造商將不得不進(jìn)一步展示滿(mǎn)足這些要求的能力。隨著(zhù)在汽車(chē)應用中引入新的設備設計，可展示的芯片可靠性將很快成為一個(gè)關(guān) 鍵的競爭優(yōu)勢，這將為那些能夠達到質(zhì)量，成本，性能 和可靠性標準的組織創(chuàng )造更多的機會(huì )。

正在接受評估的污染控制解決方案將使用現代計量工具和缺陷檢測技術(shù)的檢測方法，并結合使用過(guò)濾和凈化技術(shù)的預防策略。每個(gè)晶圓廠(chǎng)和制程都獨具特色，因此有不同的解決方案來(lái)滿(mǎn)足每個(gè)晶圓廠(chǎng)和工序遇到的不同需求和限制條件，以便去除導致缺陷的污染物。通過(guò)描繪半導體制造制程中的污染物概況并實(shí)施去除策略，可提供最全面和可預測的結果。根據所使用的計量技術(shù)，可檢測到的微粒大小存在限制。在不降低晶圓良率的情況下，小于檢測限制大小的微粒仍可能對電路的可靠性造成威脅。隨著(zhù)汽車(chē)的互聯(lián)程度越來(lái)越高，且電子設備在汽車(chē)價(jià)值中所占的比例越來(lái)越大，汽車(chē)芯片制造商需要探索采用何種方法來(lái)實(shí)現更高的可靠性能，以解決這些小微粒和雜質(zhì)造成的問(wèn)題以及由此產(chǎn)生的潛在缺陷，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。這些工作可以通過(guò)實(shí)驗室中的加速生命周期測試來(lái)進(jìn)行驗證，從而無(wú)需經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)測試，便可了解投資回報的情況。

總結

隨著(zhù)汽車(chē)與先進(jìn)的駕駛員輔助系統⁴ (ADAS)和其他數字系統的集成程度越來(lái)越高，汽車(chē)將包含種類(lèi)和數量更多的芯片。這些數字系統將包括傳統的傳感器，電力設備，微控制器和存儲，而 ADAS和其他系統會(huì )將我們的手機和其他“高性能計算”處理和存儲技術(shù)帶到汽車(chē)上，從而構造出最復雜的數字系統之一。這些汽車(chē)對芯片安裝到汽車(chē)中之后顯現的潛在缺陷具有高度敏感性。無(wú)論是涉及更換故障元件還是召回和生命安全，糾正這些缺陷的代價(jià)都將非常高昂。晶圓廠(chǎng)的檢測以及后續的老化測試（旨在發(fā)現當場(chǎng)出現故障的芯片）很難發(fā)現導致潛在缺陷的小微粒和金屬污染物。芯片制造商面臨的問(wèn)題是，通過(guò)更嚴格的測試提高芯片可靠性的做法可能會(huì )引發(fā)一場(chǎng)關(guān)于晶圓良率取舍的哲學(xué)辯論。在不降低良率的情況下提高可靠性的一種方法是，在這些小微粒和金屬污染物進(jìn)入芯片生產(chǎn)過(guò)程之前，通過(guò)更徹底的過(guò)濾和凈化來(lái)去除它們。隨著(zhù)潛在缺陷和污染物之間關(guān)系的進(jìn)一步確定，這種提高可靠性的方法可能會(huì )成為一種強有力的競爭優(yōu)勢，并提供極高的投資回報。

參考文獻

1 汽車(chē)是由代碼組成的：NXP 網(wǎng)站。 https://blog.nxp.com/automotive/cars-are-made-of-code

2 制程觀(guān)察：汽車(chē)中的半導體問(wèn)題。Electroiq  網(wǎng)站 。 http://electroiq.com/blog/2018/01/ process-watch-the-automotive-problem-with- semiconductors/

3 汽車(chē)電子設備的價(jià)格標簽：真正起作用的是什么。EDN 網(wǎng)站。 https://www.edn.com/electronics-blogs/ engineering-on-wheels/4458881/The-price-tag-of-automotive-electronics--What-s- really-at-play

4 如何讓自動(dòng)駕駛汽車(chē)變得可靠：半導體工程網(wǎng)站。 https://semiengineering.com/will-autonomous-vehicles-be-reliable/