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由集成电路行业质量与可靠性管理领域的国际知名学者简维廷等专家共同打造。

内容简介

本书是由集成电路行业质量与可靠性管理领域的国际知名学者，中芯国际集成电路制造有限公司副总裁简维廷、郭位院士（美）、张启华等专家编著的一本阐述质量与可靠性工程在集成电路制造中的实际应用的专著。书中系统、深入地介绍了从设计、制造评估到使用实际工程中各个环节的质量与可靠性问题，并将作者独到的创新理念融入于整个书中。全书共4章。第1章简要介绍了中国集成电路产业目前发展的状况及趋势，以及集成电路制造过程中，质量与可靠性管理工作主要涵盖的内容。第2～4章，分别针对质量、可靠性和失效分析（Failure Analysis，FA）三大课题，通过大量的实用案例，以及作者在管理和工程上积累的众多创新经验和创新理念，阐述了如何在透彻了解理论知识的基础上，将这些知识应用于实际的生产线和产品的质量与可靠性管理。

作者简介

简维廷，中国台湾人，集成电路行业质量与可靠性管理领域国际知名学者，中芯国际集成电路制造有限公司副总裁。

目　　录

1章  绪论 （1）1.1  概述 （1）1.1.1  前景展望 （2）1.1.2  基础知识介绍 （3）1.2  集成电路制造中的质量与可靠性管理 （8）1.2.1  芯片制造流程 （8）1.2.2  质量与良率的管理 （13）1.2.3  可靠性管理 （16）1.3  质量与可靠性的创新 （19）1.4  思考提高加油站 （23）第2章  质量管理与工程 （25）2.1  质量的介绍 （25）2.1.1  概述 （25）2.1.2  定义 （25）2.1.3  质量的发展[23] （26）2.1.4  质量人 （29）2.1.5  中国质量奖 （30）2.1.6  工业4.0 （31）2.2  质量管理简介 （32）2.2.1  质量保证和质量控制 （32）2.2.2  集成电路制造的特点 （33）2.2.3  质量管理的原则 （34）2.3  质量管理体系 （35）2.3.1  概述 （35）2.3.2  ISO 9000 （36）2.3.3  ISO/TS 16949和TL 9000 （37）2.4  质量管理与工程的工具 （40）2.4.1  质量管理七大工具 （40）2.4.2  抽样技术 （42）2.4.3  实验设计 （43）2.4.4  测量系统分析 （44）2.4.5  8D问题求解法 （45）2.4.6  其他工具和方法 （47）2.5  统计过程控制 （48）2.5.1  过程的概念 （49）2.5.2  统计过程控制的概念[38] （50）2.5.3  过程的控制与改善 （51）2.5.4  数理统计方法的应用 （53）2.6  质量管理的创新 （57）2.6.1  螺旋上升的模式—四大要素 （57）2.6.2  取长补短齐进步——一致性 （58）2.6.3  稳中求进——稳定性 （62）2.6.4  防患胜于治疗——前侦性 （64）2.6.5  说、写、做一致—纪律性 （71）2.6.6  创新的土壤—培训体系 （73）2.7  质量工程的创新 （76）2.7.1  统计过程控制的应用 （76）2.7.2  双重控制线的灵活设定 （78）2.7.3  最佳WAT设定 （80）2.7.4  参数控制系统的全局优化方法 （81）2.7.5  生产设备监控 （82）2.7.6  其他创新 （84）2.8  集成电路制造的质量管理 （85）2.8.1  质量管理的系统 （85）2.8.2  原物料管理 （87）2.8.3  生产过程管理 （88）2.8.4  出货管理 （90）2.8.5  外包商质量管理 （90）2.9  总结 （92）2.10  思考提高加油站 （92）第3章  可靠性管理与工程 （95）3.1  可靠性的介绍 （96）3.1.1  概述 （96）3.1.2  可靠性定义与分类 （97）3.1.3  可靠性的数学描述 （99）3.2  集成电路的可靠性介绍 （103）3.2.1  概述 （103）3.2.2  代工厂的可靠性工程 （104）3.2.3  集成电路可靠性面临的挑战 （106）3.2.4  可靠性工作内容介绍 （107）3.3  工艺可靠性工程与创新 （113）3.3.1  概述 （113）3.3.2  工艺可靠性评估项目介绍 （114）3.3.3  工艺可靠性的创新 （129）3.4  产品可靠性工程与创新 （134）3.4.1  概述 （134）3.4.2  工作寿命测试 （134）3.4.3  鲁棒性（Robustness）测试 （137）3.4.4  环境测试 （138）3.4.5  产品可靠性的创新 （140）3.4.6  通用型老化测试板设计与应用 （142）3.5  集成电路可靠性管理与创新 （145）3.5.1  概述 （145）3.5.2  早期侦测 （148）3.5.3  植入式可靠性系统 （165）3.6  总结 （177）3.7  思考提高加油站 （178）第4章  失效分析 （180）4.1  失效分析介绍 （180）4.1.1  基本概念 （180）4.1.2  失效分析的作用 （180）4.1.3  失效分析的发展 （181）4.2  失效分析的流程和方法 （181）4.2.1  失效分析基本原则 （181）4.2.2  失效分析基本流程和常用方法 （182）4.2.3  失效分析流程的灵活处理 （184）4.3  失效分析技术 （184）4.3.1  实验室常用的集成电路失效分析设备 （184）4.3.2  失效点定位分析技术 （186）4.3.3  物性失效分析技术 （198）4.4  失效分析案例 （214）4.4.1  EMMI失效点定位分析案例 （214）4.4.2  OBIRCH失效点定位分析案例 （215）4.4.3  电压衬度和纳米探针定位的失效分析案例 （218）4.4.4  逻辑电路扫描链失效分析 （220）4.4.5  SIMS失效分析案例 （220）4.4.6  小结 （223）4.5  失效分析中的技术创新 （224）4.5.1  实用定位技巧 （224）4.5.2  实用分析技术及技巧 （227）4.5.3  失效分析制样方法的创新及改进 （230）4.6  总结 （239）4.7  思考提高加油站 （239）英文索引 （241）参考文献 （255）

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前　　言

自21世纪初，集成电路制造开始在中国大陆蓬勃发展，到如今，已经建成了十几条8英寸线和多条12英寸的先进生产线。我国政府持续推出优惠政策，大力扶持集成电路产业。尤其是近期，国务院在2014年6月发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，开始全方位地推动中国集成电路产业的全面发展。2015年3月李克强总理在《政府工作报告》中又明确地指定集成电路产业作为未来大力发展的方向之一，并对产业的创新予以支持和鼓励。2015年5月，国务院又正式发布了《中国制造2025》的规划，吹响了智能工厂、智能制造的冲锋号。吾辈何其幸甚，身处在这风起云涌的浪潮之巅。自当全力以赴，为中国半导体产业的发展竭智尽力。笔者在集成电路制造业从事质量与可靠性工作已经数十载。自基层工程师一步步做起，多年前就已开始担任企业高管，曾就职于数家国内外大型企业。从2001年加入中芯国际开始，就见证了中国集成电路制造业迅速发展的历程。期间也有幸与很多国内外业界的先驱和专家，同堂议事，共襄盛举。虽然笔者日常是以处理工作上的事情为主，但也时时都会关注在质量与可靠性方面的一些最新动态。一方面，需要充充电，加深理论知识的学习；另一方面也需要拓展视野，了解技术发展的最新状况。工作中也确实会碰到各种各样的疑难问题，需要将这些知识转化为解决问题的方法。在这样的摸索中，促进自己不断地思考，所以也实现了一些突破，进行了一些创新。迄今，本人已提交专利60多份，发表专业论文200余篇。在作为管理人员带领团队攻关解难、参与多项课题研究的时候，也一直鼓励同仁积极创新。在这十几年间，团队成员已总共提交专利500多份，发表论文300多篇。这些实践中的各项创新，虽然已有相应的文献可供查询参考。但多年经验的累积，却总是缺乏一次系统性的整理。所以本书也算是对多年工作的感悟做一次总结。藉此收拾行装，准备踏上下一段征程。书中没有涉及很多理论的推导和公式的计算，因为这些在相关的参考文献里会有更详尽的介绍。本书主要介绍的是一些管理的方法和工程的实用技巧，易于读者理解和运用。目前市面上流通的专业书籍，大部分都是针对质量、可靠性和失效分析，分专题来进行介绍的。但是本书却同时涵盖了这三个领域，并且秉持了相同的管理思路。而且本书中，众多丰富的工程创新和实用案例，在其他书籍中也是难得一见的。本书在这个历史转折性的时刻推出，是希望更多的人在关注集成电路制造技术发展的同时，也不要忘记质量与可靠性对集成电路产业的重要性。希望能为同业人员的工作争取更多的重视与支持。同时，我们也认为中国整体制造技术，如果想要再往上有所提升，必然离不开质量与可靠性的管理理念和管理方法的创新与进步。因为目前中国制造被人诟病的最主要的地方就是质量。本书介绍质量与可靠性的相关基础知识。更重要的是，分享了笔者在质量与可靠性领域的诸多实战经验和创新。对于刚刚接触这个行业的读者来说，可以帮助他们了解这一领域的概貌。在分享我们的经验和创新的思路之后，期望能够启发读者，有更多独立自主的创新思考和实践。对于资深的读者来说，提供一个相互切磋、相互启发的平台，希望藉由本书得到更多专家的指点和建议。同时也希望为半导体制造、为质量与可靠性的发展这一宏图伟业添砖加瓦。尽管我们大部分的创新是集中在集成电路产业，尤其是集成电路制造领域，但是这些质量与可靠性管理的方法和创新也是可以运用在其他领域的。比如，早期侦测的理念，在汽车制造、航天制造等高科技产业都是非常值得推广的。在很多次碰到难题，无法突破的时候，笔者都得到了郭位院士的大力支持与悉心指导。在本书的撰写中，郭院士也帮助拟定提纲，并提供了大量的技术资料和自己的一些研究成果作为参考。郭位院士，美藉中国台湾学者。1951年出生于中国台北，1972年取得国立清华大学核子工程学士学位，1980年在美国堪萨斯州立大学取得工业工程博士学位。现为中国香港城市大学校长、杰出教授。郭教授是美国国家工程院院士、中国台湾中央研究院院士及国际品质学院院士，也是中国工程院外籍院士。经过近两年时间，无数多个夜晚和周末的奋战，本书终于定稿。第1章是绪论；第2章主要介绍质量管理与工程及其创新；第3章主要介绍可靠性工程与管理及其创新；第4章则主要是介绍失效分析。本书能够付梓出版，也离不开一些同事和朋友的大力相助。如李明博士撰写了失效分析的部分内容，何文文女士撰写了质量管理的主要部分。并且他们也都参与了本书的编辑和整理。同时，这里也要感谢赵永在可靠性方面，康盛在数理统计方面，邓贵红在工艺质量控制方面，上官遨宇在进料检验方面提供了丰富的原始材料。对于本书的不足之处，希望各位读者、专家不吝指正。编著者

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