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为什么芯片的良率提升难上加难？

2023年09月02日 09:34 浏览：170 来源：小萍子

最近华为mate60搭载的麒麟9000s芯片，成为了业界关注的焦点，在芯片的国产替代上又更近一步。每一次芯片技术的革新，每一个更小的工艺节点，都为消费者带来了更高的性能体验。然而，这背后的制造挑战却很少为外界所知。提高芯片的良率变得越来越困难，很多新建的晶圆厂通线数年仍难以量产，有的虽勉强量产，但是良率始终无法爬坡式的提升，很多朋友会问：芯片的良率提升真的有那么难吗？为什么会这么难？今天来聊聊。

为什么要提升芯片良率？

芯片良率，指合格芯片的数量与生产出的总芯片数量的比例。即

良率=合格芯片数量/生产的芯片总量 x 100%

拿一片晶圆为例，晶圆上芯片总数为10万粒，A厂良率为50%，B厂良率为80%，那么A厂的一片晶圆合格芯片数为5万粒，B厂的一片晶圆合格芯片数为8万粒。假如某客户需要80kk粒合格芯片，由于晶圆厂都是以晶圆为单位进行出货，那么：

A厂需要提供的晶圆数约为：8000/5=1600pcs

B厂需要提供的晶圆数约为：8000/8=1000pcs

在晶圆厂的角度，假设A厂与B厂每片晶圆的成本几乎相等，那么A厂的生产总成本远远大于B厂生产总成本，在客户货款一定的情况下，A厂的利润就远远低于B厂的利润。通过上面的例子即可看出，良率即利润，也是降低生产成本的关键。

在客户的角度，A厂出货的数量更多的晶圆，肯定会浪费客户的大量时间去处理多出来的晶圆，这无形之中也大大增加了客户的成本，导致客户的成本降不下去。A的利润低，势必要涨价，如果你是客户，一家供应商的产品价格低且质量好，另一家价格高但质量差，你会选择哪一家呢？

良率为什么难提升？

以20nm制程的FinFET为例，该类产品涉及到上千个工艺步骤。假如每个步骤的良率为99.9%，那么

十个工序后的良率为：10个0.999相乘即99%，

100个工序后的良率为：100个0.999相乘即90.5%，

1000个工序后的良率为：1000个0.999相乘即36.8%

工艺步骤越多，良率越低。那么你能保证每个工艺的能稳定在99.9%吗？

我曾见过简单一些的器件，一共就几十个半导体工序，良率就能达到惊人的20%；我也曾见过，同样的场地，同样的人员，同样的机台，4inch的良率99%，而6寸的良率达不到量产要求的。

我也曾见过，在A厂干了一辈子的技术总监，去帮助B厂新建相同产品的晶圆厂，一直无法实现芯片量产，最后灰溜溜离开的。芯片良率的问题，不是说挖几个人就能解决的。你能把龙头公司整个团队挖过来吗？就算整个团队挖过来了，机台设备选的都是相同型号，但是厂房位置，厂区布局，水电气，设备情况，洁净度，震动等能完全一样吗？哪怕任何一个微不足道的因素没有考虑到，芯片制程的良率可能就无法提升。

总的来说，晶圆尺寸越大，芯片工艺步骤越多，机台设备越落后，人员专业素养越低，良率提升越难。而目前很多国产晶圆厂，这些条件一样不落都占了。

所以说，芯片制造是一个动态的过程，就像打靶，它是一个动态靶。需要及时调整部署，它在变，做芯片的也在跟着变。墨守成规，经验主义，思维固化是芯片良率提升的绝症！

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