檢查需要預(yù)防的大，中，小三類汽車潛在缺陷

這些致命微粒由于較大，通常更容易使用內(nèi)聯(lián)計量方法發(fā)現(xiàn)，并在晶圓廠進行過濾來去除。中等大小的微粒不易通過傳統(tǒng)計量系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或通過傳統(tǒng)過濾器去除，并且也可能導(dǎo)致問題。它們可以在設(shè)備封裝步驟的老化制程中被發(fā)現(xiàn)，但無法去除。因此，那些在老化中被發(fā)現(xiàn)存在故障的設(shè)備只能被丟棄，從而造成可銷售商品的損失。用于發(fā)現(xiàn)這些大中型微粒引起的缺陷的設(shè)備和方法是眾所周知且經(jīng)過證實的，并且已成為任何電子設(shè)備可持續(xù)生產(chǎn)的一個組成部分。

小威力，大問題

各種檢測已經(jīng)開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。這些是在晶圓廠采取標準預(yù)防措施和老化可用性測試后仍然存在的污染物。盡管導(dǎo)致了短路，開路或任何電解質(zhì)泄漏的污染物會被檢測到，但較小的和中等大小的污染物仍可能會嵌入在相應(yīng)的層中，并隨著時間的推移而引發(fā)問題。

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(yīng)力導(dǎo)致的開裂和負偏壓溫度不穩(wěn)定性 (NBTI) 等效應(yīng)。此外，還發(fā)現(xiàn)了與擴散，腐蝕和可塑性有關(guān)的更多機制。隨著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 從三個問題層次總結(jié)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茐男酒系奶卣鲌D案或干擾不同材料的分層，并導(dǎo)致“致命”缺陷。去除大微粒可以立即提高良率，并且可以很輕松地通過計量系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并通過標準的半導(dǎo)體液體過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(dǎo)體晶圓廠中生產(chǎn)出來，這些微粒和任何相關(guān)缺陷將會永久嵌入其中，無法修復(fù)。

不當(dāng)?shù)倪^濾或計量方法可能會漏掉中等大小的微粒，這些微?？赡軙部赡懿粫诶匣瘻y試中導(dǎo)致故障。由于這些微粒不會完全破壞芯片上的特征圖案或干擾不同材料的分層，因此它們不會導(dǎo)致設(shè)備的即時故障。隨著時間的推移，這可能會導(dǎo)致安裝的部件最終出現(xiàn)故障。為防止?jié)撛谌毕荩瑧?yīng)在半導(dǎo)體晶圓廠發(fā)現(xiàn)并處理這些晶圓缺陷。根據(jù)現(xiàn)有的計量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這些故障的難度會更大，成本也會更高，但在這個制造階段發(fā)現(xiàn)問題可以將不合格的芯片從供應(yīng)鏈中剔除。可以通過加強過濾和凈化操作來預(yù)防這些缺陷。

下一個挑戰(zhàn)是可能無法通過晶圓廠的過濾器去除或由計量系統(tǒng)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，因此它們不會導(dǎo)致設(shè)備的即時故障，也不會在芯片和模塊制造過程中的老化測試中發(fā)現(xiàn)。它們可能導(dǎo)致的惡化發(fā)生得更慢，從而導(dǎo)致潛在故障，這種故障可能在芯片通過所有參數(shù)檢驗，老化測試和功能測試并投入使用后的幾個月或幾年之后才會發(fā)生。

請注意，從圖 5 中可以發(fā)現(xiàn)，微粒密度會隨著微粒變小而增加。用自然界作為類比，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，缺陷密度也會隨著微粒變小而增加。但是，隨著微粒持續(xù)變小，缺陷密度將降低并定格在某個點。此時，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。與其他大小的微粒一樣，“小”微粒大小的描述將因每個電路設(shè)計的容差而異。

應(yīng)對十億分率的挑戰(zhàn)

業(yè)內(nèi)早已意識到這些問題。適用于AI（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(yīng)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，車用芯片傳統(tǒng)的特點是，在電力 應(yīng)用，微控制器和低復(fù)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(yù)期壽命中能夠承受惡劣的溫度，濕度和振動條件的考驗。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。但隨著我們讓汽車對我們的出行需求和 整體安全進行更多的自動化控制，汽車制造商越來越意 識到，在個別故障和代價高昂的召回中，污染與潛在缺 陷之間可能存在關(guān)系。隨著行業(yè)期待將設(shè)備故障率從ppm 級別降低到ppb級別，半導(dǎo)體制造商將不得不進一步展示滿足這些要求的能力。隨著在汽車應(yīng)用中引入新的設(shè)備設(shè)計，可展示的芯片可靠性將很快成為一個關(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。

正在接受評估的污染控制解決方案將使用現(xiàn)代計量工具和缺陷檢測技術(shù)的檢測方法，并結(jié)合使用過濾和凈化技術(shù)的預(yù)防策略。每個晶圓廠和制程都獨具特色，因此有不同的解決方案來滿足每個晶圓廠和工序遇到的不同需求和限制條件，以便去除導(dǎo)致缺陷的污染物。通過描繪半導(dǎo)體制造制程中的污染物概況并實施去除策略，可提供最全面和可預(yù)測的結(jié)果。根據(jù)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。隨著汽車的互聯(lián)程度越來越高，且電子設(shè)備在汽車價值中所占的比例越來越大，汽車芯片制造商需要探索采用何種方法來實現(xiàn)更高的可靠性能，以解決這些小微粒和雜質(zhì)造成的問題以及由此產(chǎn)生的潛在缺陷，這一點非常關(guān)鍵。這些工作可以通過實驗室中的加速生命周期測試來進行驗證，從而無需經(jīng)過多年的現(xiàn)場測試，便可了解投資回報的情況。

總結(jié)

隨著汽車與先進的駕駛員輔助系統(tǒng)⁴ (ADAS)和其他數(shù)字系統(tǒng)的集成程度越來越高，汽車將包含種類和數(shù)量更多的芯片。這些數(shù)字系統(tǒng)將包括傳統(tǒng)的傳感器，電力設(shè)備，微控制器和存儲，而 ADAS和其他系統(tǒng)會將我們的手機和其他“高性能計算”處理和存儲技術(shù)帶到汽車上，從而構(gòu)造出最復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)之一。這些汽車對芯片安裝到汽車中之后顯現(xiàn)的潛在缺陷具有高度敏感性。無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都將非常高昂。晶圓廠的檢測以及后續(xù)的老化測試（旨在發(fā)現(xiàn)當(dāng)場出現(xiàn)故障的芯片）很難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致潛在缺陷的小微粒和金屬污染物。芯片制造商面臨的問題是，通過更嚴格的測試提高芯片可靠性的做法可能會引發(fā)一場關(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入芯片生產(chǎn)過程之前，通過更徹底的過濾和凈化來去除它們。隨著潛在缺陷和污染物之間關(guān)系的進一步確定，這種提高可靠性的方法可能會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 制程觀察：汽車中的半導(dǎo)體問題。Electroiq  網(wǎng)站 。 http://electroiq.com/blog/2018/01/ process-watch-the-automotive-problem-with- semiconductors/

3 汽車電子設(shè)備的價格標簽：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 如何讓自動駕駛汽車變得可靠：半導(dǎo)體工程網(wǎng)站。 https://semiengineering.com/will-autonomous-vehicles-be-reliable/