汽車芯片與消費類芯片的區別

在工藝技術方面，汽車和消費類芯片基本相同——兩者的生產采用相同的工藝步驟、設備、圖案化等。汽車和消費類芯片的不同在于其可靠性要求不同。

用“工藝控制”協助控制汽車芯片的缺陷率

工藝控制策略對于協助汽車制造廠達到行業要求的零缺陷標準以確保設備可靠性至關重要。 從根本上說，導致汽車IC(芯片)可靠性故障的潛在缺陷與芯片制造工藝步驟中產生的隨機缺陷直接相關。如果晶圓廠采用恰當的檢測設備、采樣策略和方法來發現并減少隨機缺陷率，那么這些工廠在線捕獲可靠性問題的概率會高得多。

在器件制造中，為了減少整體缺陷，首先采用的最佳方法是利用持續改進計劃來密切控制工藝，并減少由工藝設備或環境所引起的隨機缺陷。 這需要改進基線產量的基本技術——設備監控(使用Surfscan®無圖案和Puma™圖案晶圓檢測系統)和分區(使用寬帶等離子光學檢測系統)。雖然這些策略在晶圓廠中已實施多年，但現在必須將標準提高，從而將缺陷水平降低來提升IC的可靠性。

第二種方法是確保對工藝的采樣足夠頻繁，可以追溯問題的起源。當工藝偏移不可避免地發生時，零缺陷晶圓廠能夠準確地知道偏移問題起始和停止的位置，并且可以將受影響的部分進行隔離，直到可以有效地對其進行處理或排除。將基線產量提升和可追溯性結合起來，就促使汽車制造廠使用更多的工藝控制設備(75個百分比)，并采用比批量生產先進一個節點的工藝控制設備，以便捕獲更小的與可靠性有關的缺陷。

越來越受關注的一個方法是將在線缺陷信息不僅用于工藝控制，也用于在晶圓廠中辨識有可靠性風險的芯片，因為出廠前糾正這些問題的成本最低。汽車工廠長期以來一直依賴的“篩選”方法——即采用高產量設備在制造工藝的后期少數幾層上對所有晶圓上100%的芯片進行檢測。那些超標(缺陷尺寸/類型/位置)的問題芯片被排除或“標記”。雖然該方法對于大缺陷是有效的，但卻不適用于較小的潛在缺陷。一種名為I-PAT™(在線零件平均測試)的新型專利在線技術或許可以為這個問題找到解決方案。它利用一項已有20年歷史的被稱為參數化零件平均測試(Parametric Parts Average Testing)的汽車行業技術。這種以電子測試為基礎的原創方法可用于辨識總體正態分布之外的那些芯片，即便它們符合使用標準。通過犧牲0.5%~2.5%的良率，可靠性可以得到顯著提高。當這些異常芯片被剔除時，有些工廠的可靠性提升了20%~30%。

I-PAT將這一技術轉移到生產線上，尋找那些在總體生產中的多個常規檢測中累計缺陷異常多的芯片。這些異常芯片從統計上來講更可能包含業界迫切希望消除的潛在缺陷。I-PAT的結果可用于剔除這些風險芯片。或者，I-PAT結果可以與之后的電性異常芯片測試相結合，改進芯片的整體通過/不通過的決策。

良率缺陷與可靠性缺陷之間的關系

芯片可靠性與隨機缺陷率高度相關。事實上，對于設計良好的工藝和產品，早期芯片可靠性問題(外在可靠性)主要是由隨機缺陷造成的。殺手缺陷(影響良率的缺陷)是指那些導致器件在時間t = 0(最終測試)時失敗的缺陷。 潛在缺陷(影響芯片可靠性的缺陷)則是指那些導致器件在t> 0(老化后)時失效的缺陷。 殺手缺陷(良率)和潛在缺陷(可靠性)之間的關系源于觀察到影響良率的那些缺陷類型同樣也會影響可靠性。 兩者的區別主要在于它們的尺寸以及它們在器件結構上的位置。

良率和可靠性缺陷之間的關系不僅限于少數特定缺陷類型;任何可能導致良率損失的缺陷類型都可能引起可靠性問題。 失效分析表明，大多數可靠性缺陷實際上是起源于晶圓廠的工藝相關缺陷。 由于良率和可靠性缺陷具有相同的根本原因，因此增加良率(通過減少良率相關缺陷)將對提高可靠性帶來額外益處。

未來汽車芯片是否會采用先進工藝?

大多數汽車器件的設計規則為65 nm或更高并且歷來是在較陳舊的200mm晶圓廠制造，或者或多或少是在成熟的300 mm代工廠中制造。然而，轉型自動駕駛汽車需要額外的計算能力，并且是舊的器件和晶圓廠所無法提供的。對先進技術以及更多的制造能力的需求將加速汽車產能向高級邏輯300 mm代工廠的遷移。預計到這一趨勢，代工廠已經準備好為汽車領域針對14 nm和10 nm SoC提供服務，并且正在開發更小的汽車設計方案。

采用先進工藝生產汽車電子產品所面臨的主要挑戰是在使用為消費者移動產品而設計的方法時會產生工藝基線良率問題以及偏移，并導致可靠性不盡人意。工藝的不成熟帶來了實施新工藝控制策略的需求，以防止可能的器件可靠性故障。競爭環境和強勁的市場拉動給晶圓廠帶來額外的壓力，使其需要比以往更快地達到極為成熟的良率。

汽車工業是否是會成為推動先進工藝的開發動力之一?

KLA-Tencor預計,隨著汽車內部自動駕駛功能的應用持續增長，對先進工藝的依賴將會增加。目前3級及以上的高級駕駛輔助系統(ADAS)的計劃需要最先進的計算和存儲設計規則。 新車中的高級導航、娛樂和傳感器系統也將推動對前沿處理器和存儲的需求。移動、計算和存儲平臺仍然是高級工藝的主要驅動因素，但隨著自動駕駛功能的應用不斷增加，汽車行業也將成為主要的推動力。

中國本土汽車芯片制造商在可靠性方面如何迎頭趕上?

具有競爭優勢的汽車半導體工廠將會是那些具有最高的、重復性最好的和最穩定的工藝良率的工廠。這些工廠還會有適當的方法來辨識和消除包括潛在可靠性缺陷的各種可靠性缺陷。 為此，晶圓廠需要擁有世界一流的工藝控制、檢測和量測策略，其中包括：

• 最好的檢測和量測產品系列;

• 側重于減少缺陷密度的持續改進計劃;

• 一流的量測策略，確保整體芯片性能符合規格要求;

• 生產線內的工藝控制高度采樣，包括關鍵工藝步驟的篩選檢測;

• 用以識別并消除可能在汽車中出現的潛在可靠性缺陷的方法。