半导体行业的“良率之殇”_芯片_工艺

良率：半导体工厂的生命线

良率是半导体工厂的核心竞争力所在，也被称为是半导体工厂的“生命线”。

半导体良品率是实际生产的芯片总数与一个晶圆上最大芯片（集成电路）数的百分比，换句话说，良率是实际生产的数量与投入的总数量之比。
良品率越高，生产率就越高，良率直接影响着本钱和产能利用率。
因此，提高良品率在半导体行业非常主要。
同时，良率也是评估企业竞争力的主要标志之一，直接反响了制造过程的稳定性和产品质量的可靠性。

在逻辑芯片领域，按着摩尔定律的指引，目前能够实现量产的最前辈工艺是3纳米。
在该领域，台积电和三星是两大紧张的玩家，两家在这场3nm之战中展开了激烈竞赛。

三星于2022年6月率先宣告3nm量产，比台积电早几个月。
三星是业界率先在3nm中引入栅极环抱 (GAA) 工艺的厂商，比较之下，台积电仍旧采取FinFET晶体管架构。
但是三星却在良率上遭遇了滑铁卢，虽然三星近日否认了韩媒ZDNet Korea所宣布的，三星3nm良率低于20%的，然而由于良率问题，三星3nm确实流失落了大量客户。

谷歌的Tensor处理器在第四代之前都委托给三星电子代工部门，但从引入 3nm 工艺的第五代开始，就转向了台积电。
三星自家的Exynos 2500芯片也深受良率困扰，6月25日，有名剖析师郭明錤在X（原推特）平台上发布社交动态评论，称由于三星自研的Exynos 2500处理器3纳米芯片良率低于预期而无法出货。

估量今年，包括智好手机、做事器、人工智能等在内的Fabless公司及IT大厂都将开始将3nm作为紧张制程。
在良率这个主要的考察指标面前，由于台积电的领先上风，估量将得到大部分大厂的3nm订单，这将有可能进一步拉大台积电与三星电子的市占率差距。

然而，纵然是台积电，目前其3nm工艺的良率相较上一代也并不高。
台积电目前也在积极提升3nm的良率。

良率低的问题不仅限于逻辑芯片领域，存储芯片也面临着同样的寻衅。
天生式AI正在花费大量的HBM存储芯片，但是良率一贯是Nvidia GPU芯片大规模量产的拦路虎之一。
据路透社宣布，三星的高带宽存储HBM3芯片的生产良率约为10%~20%，而SK海力士的HBM3良率可达60%~70%。
在传统的DRAM存储方面，三星第五代10纳米级（1b）制程DRAM的良率未达业界80%至90%的一样平常目标，迫使三星在上个月成立专门事情小组以办理这一问题。

而接下来，天生式AI还在滚滚向前，对芯片算力的需求望不到底。
为了得到更高性能、更高算力的AI芯片：

一方面，逻辑厂商正在积极向2nm工艺打破，台积电和三星目前都操持在2025年开始2nm大规模量产，与此同时，还在发力FOPLP（扇出型面板级封装）等前辈封装技能；

另一方面，存储厂商也在大力投入下一代HBM（即HBM4）的研发，各种前辈的技能也在考虑当中，例如稠浊键合。

可想而知，届时良率又会成为一大难关。
据《韩国经济日报宣布》，SK海力士正在招聘数十名与HBM干系的职位，在其招聘缘由中显示，希望探求芯片专家能够通过改进代工工艺和测试逻辑芯片，进而提高HBM芯片的良率。

良率低是半导体厂商普遍面临的难题，也是制约芯片家当发展的瓶颈。
从经济学角度上讲，提升芯片良率也可以视为摩尔定律的另一种延续。
如何在新技能不断推陈出新的背景下，提高良率，成为每一家半导体厂商必须办理的关键问题。

良率提升，为何如此难？

想要提高良率，首先要明确导致良率低的缘故原由有哪些？影响半导系统编制造良率的成分浩瀚，但无外乎“人、机、料、法、环、测”。

详细而言：

然而，随着芯片制程不断向前辈制程迈进，影响良率的成分更是让人“难以捉摸”：

一方面，工艺的进步所涉及的工艺步骤和材料种类增多，芯片上的毛病种类也越来越繁多，而且毛病成因繁芜，难以剖析和排查。
另一方面，新工艺、新材料、新设备的不断引入也给良率提升带来了新的寻衅。
此外，提升良率须要投入大量的资金和人力，包括研发投入、设备投入、人才培养等。
而且一些前辈的检测和剖析手段也须要较高的本钱。

这也是为何行业每往前迈进一个制程，良率都愈发难以提高。

为了提高良率，行业绞尽脑汁

为了提高半导系统编制造的良率，行业各方正不遗余力地进行多方面的优化和创新。

减少污染物：半导体的纷繁繁芜的多个工艺步骤过程要用到大量的气体和溶液，作为半导系统编制造的“血液”，这些气/液体的纯度和可靠性在很大程度上决定着半导体器件的性能品质和良率。
根据业内人士估计，污染造成的产量丢失高达50%。

污染掌握是半导系统编制造过程中至关主要的一环。
如果气体和溶液中存在污染物，例如颗粒、杂质等，就会导致芯片涌现毛病，降落良率，乃至造成芯片报废。
因此，如何有效去除这些污染物，确保“血液”的纯净，是半导系统编制造面临的重大寻衅。

为了知足家当对前辈工艺的急迫需求和对良率提升的寻衅，环球过滤、分立和纯化办理方案的专家，颇尔公司（Pall corporation）近年来持续加大投资，去年，颇尔位于北京工厂的Gaskleen和Profile II双产线正式投产上市，今年6月份，颇尔又宣告新加坡工厂投产，新增了Litho光刻和WET湿法化学两条主要的过滤器产品线，可为当下前辈工艺节点的逻辑和存储芯片制造供应强有力的支持。

颇尔北京气体过滤产品

颇尔能够供应全系列的半导体过滤器，涵盖CMP过滤器、光刻过滤器、气体过滤、气体纯化系统、超纯水过滤器、湿式蚀刻过滤器等等，这些强大的过滤用具有前辈的纳米级杂质拦截功能，可在不同的关键工艺中打消颗粒、杂质等污染物，确保芯片的高品质和高良率。
此外，高效的过滤技能可以减少污染物对设备的危害，延长设备的利用寿命，降落掩护本钱。

工艺优化：工艺优化是提高良率的基石。
通过不断改进制程工艺，提高生产工艺的精度和可控性，减少毛病的发生。
例如，采取EUV光刻技能、3D封装/Chiplet/CoWos等各种前辈封装技能等前辈工艺。

引入AI和大数据剖析技能：在半导系统编制造过程中，存在着大量的工艺参数和生产数据。
借助AI、大数据等新兴技能实现更高的良率和更少的投入，已经成为行业共识。
半导体工厂的数据管理向智能化升级是大势所趋。

工程智能（EI）、打算机集成制造（CIM）、制造实行系统（MES）等工业软件是半导系统编制造的主要工具。
随着AI和大数据技能的融入，这些软件也在不断升级，为半导体工厂供应更加智能化的功能。
在智能制造模式下，生产过程更加透明、可控，生产效率和产品质量得到显著提升。

自动化升级：减少人为操作环节，降落人为操作失落误导致的毛病率是提高良率的主要手段。
自动勾引车（AGV）、天车和自主移动机器人（AMR）的引入，正在加速半导系统编制造迈向智能制造的新时期。
自动扮装备的运用，可以有效减少人为操作环节，将工人从繁重的体力劳动和重复性事情中解放出来，从而降落人为操作失落误导致的毛病率，提高生产效率和产品质量。

由此可以看出，提高半导系统编制造良率是一项繁芜的系统工程，须要半导体厂商从材料、工艺、设备、管理等多方面入手，不断创新和改进，才能有效降落毛病率，提升产品竞争力。

结语

当今，良率提升成为半导体家当发展的核心驱动力之一。
我们也看到像颇尔这样的过滤器厂商积极进取，扩产建厂，不断提升过滤技能的水平和产能，为前辈工艺的运用和良率的提高保驾护航。

相信通过百口当链协作，持续攻坚克难，半导体行业一定能够不断提升良率水平，推动行业高质量发展，为环球经济增长贡献更大的力量。