簡介JEDEC JEP001-3A2018是面向晶圓代工廠與半導(dǎo)體制造商的產(chǎn)品級工藝認(rèn)證指南由JEDEC于2018年9月發(fā)布替代2014年2月的JEP001A版本。該標(biāo)準(zhǔn)聚焦Foundry產(chǎn)品級資格確認(rèn)流程用于規(guī)范晶圓制造環(huán)節(jié)中的質(zhì)量體系、認(rèn)證層級職責(zé)與測試要求幫助質(zhì)量、可靠性與工藝工程人員建立系統(tǒng)化的認(rèn)證與測試框架。資源為完整英文電子版共1個PDF文件體積386KB約23頁。文件保留了標(biāo)準(zhǔn)原文的目錄結(jié)構(gòu)與技術(shù)內(nèi)容涵蓋適用范圍、質(zhì)量體系、認(rèn)證層級職責(zé)、樣本量要求、封裝使用條件以及長期壽命試驗、早期壽命試驗、溫度循環(huán)、溫濕度偏置等TQV測試方法。已有236人學(xué)習(xí)適合從事半導(dǎo)體制造、工藝整合、可靠性與質(zhì)量管理的工程師以及需要對照J(rèn)EDEC標(biāo)準(zhǔn)開展產(chǎn)線認(rèn)證評審的團(tuán)隊參考。 JEP001-3A這份標(biāo)準(zhǔn)在半導(dǎo)體圈子里但凡做產(chǎn)品級可靠性認(rèn)證的人應(yīng)該都不陌生。它全稱是Foundry Process Qualification Guidelines – Product Level由JEDEC發(fā)布2018年的版本一共23頁。很多工程師第一次翻它的時候會覺得內(nèi)容不算厚但真到了按它去設(shè)計認(rèn)證方案、跟fab扯皮、回答客戶審廠問題的時候才會發(fā)現(xiàn)這23頁里面每一節(jié)都能延伸出一堆學(xué)問。我最初接觸這份文檔是在做車規(guī)芯片的項目認(rèn)證階段。當(dāng)時團(tuán)隊內(nèi)部對“到底該用wafer level的認(rèn)證數(shù)據(jù)還是重新做product level認(rèn)證”爭論了很久最后大家統(tǒng)一意見以JEP001-3A作為產(chǎn)品級認(rèn)證的主綱領(lǐng)。今天就把我實際使用這份標(biāo)準(zhǔn)過程中的理解、操作細(xì)節(jié)和一些事后回頭看才明白的點(diǎn)整理成一篇相對完整的個人經(jīng)驗筆記。做可靠性、做質(zhì)量、做NPI的朋友應(yīng)該都能從中找到對自己有用的東西。1. 內(nèi)容整體設(shè)計與思路拆解1.1 這份標(biāo)準(zhǔn)到底解決什么問題JEP001-3A屬于JEDEC里針對晶圓代工廠工藝認(rèn)證的系列文檔。它和更常見的JEP001-2A、或者大家更熟悉的JESD22、JESD47這些可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)不太一樣。JESD47講的是“器件可靠性驗證的方法和條件”JEP001-3A更側(cè)重的是“在工藝平臺層面如何證明一個工藝本身具備足夠的成熟度和穩(wěn)健性足以支撐產(chǎn)品量產(chǎn)”。換句話說前者回答的是“我的產(chǎn)品能不能扛住這些應(yīng)力”后者回答的是“我用的這個工藝平臺到底靠不靠譜”。產(chǎn)品級認(rèn)證核心是把工藝驗證從單純的測試鍵結(jié)構(gòu)test key結(jié)果推進(jìn)到實際產(chǎn)品器件結(jié)構(gòu)、實際產(chǎn)品版圖、實際封裝形式上去驗證。1.2 為什么單獨(dú)把Product Level拎出來這里要解釋一個很多入行沒多久的工程師常有的困惑既然晶圓廠已經(jīng)做了大量工藝研發(fā)階段的可靠性驗證也交付了一大堆PCMProcess Control Monitor數(shù)據(jù)為什么下游設(shè)計公司還要自己再做一次產(chǎn)品級認(rèn)證答案其實不復(fù)雜因為測試鍵結(jié)構(gòu)和真實產(chǎn)品之間存在系統(tǒng)性差異。測試鍵結(jié)構(gòu)通常是為了方便測試而設(shè)計的面積、間距、周圍環(huán)境、甚至金屬布線的層次都不一樣。真實產(chǎn)品里器件被放在一個極其復(fù)雜的周邊環(huán)境里有大量的interconnect、不同的器件密度、不同的開關(guān)狀態(tài)組合。工藝上的某些薄弱點(diǎn)在測試鍵結(jié)構(gòu)里可能恰好沒有被覆蓋到但在產(chǎn)品里就暴露出來了。JEP001-3A的思路就是要求認(rèn)證計劃必須直接基于產(chǎn)品本身來設(shè)計用產(chǎn)品的實際失效模式來反推工藝的可靠性邊界。2. 核心細(xì)節(jié)解析與實操要點(diǎn)2.1 認(rèn)證單元的劃分邏輯真正按JEP001-3A進(jìn)行操作時最先遇到也最容易出問題的就是認(rèn)證單元Qualification Unit的劃分。標(biāo)準(zhǔn)的思路是不是每一個產(chǎn)品都需要單獨(dú)做一輪完整認(rèn)證而是把擁有相同工藝平臺、相同設(shè)計規(guī)則、相同關(guān)鍵器件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品歸并到同一個認(rèn)證單元里。我實際操作下來的經(jīng)驗是這里一定不要只看fab給過來的“同一個工藝節(jié)點(diǎn)”這種粗粒度描述。兩個產(chǎn)品哪怕都叫28nm如果一個是標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝另一個是帶BCD或者RF器件的變種工藝它們的認(rèn)證單元就必須分開。更細(xì)一點(diǎn)說高壓器件、嵌入式存儲器、不同類型的I/O器件本質(zhì)上都是獨(dú)立的認(rèn)證對象。還有一個比較隱蔽的坑不少公司為了簡化管理會把同一個產(chǎn)品在A廠和B廠流片的結(jié)果混在一起算認(rèn)證數(shù)據(jù)。JEP001-3A的邏輯是如果工藝來源不同哪怕標(biāo)稱參數(shù)相同依然需要單獨(dú)評估。我在實際項目里就遇到過樣品數(shù)量不夠想合并兩類數(shù)據(jù)來湊數(shù)的情況標(biāo)準(zhǔn)審查時直接被客戶QA挑戰(zhàn)最后只能重新補(bǔ)做實驗。2.2 抽樣的批次要求和代表性問題標(biāo)準(zhǔn)對抽樣批次數(shù)量的最低要求本身就是產(chǎn)品級認(rèn)證設(shè)計的核心約束。按照J(rèn)EP001-3A的要求認(rèn)證必須覆蓋多個批次lots不能只靠一個批次的數(shù)據(jù)下結(jié)論。這個邏輯背后是工藝的自然波動——同一個工藝腔體、不同設(shè)備之間的偏移、不同月份的環(huán)境差異都可能導(dǎo)致可靠性的系統(tǒng)變化。實操中常見的問題是很多團(tuán)隊流片時間非常集中三個批次可能是在同一個星期內(nèi)完成的烤爐、光刻機(jī)、注入機(jī)基本處于同一狀態(tài)這種批次雖然數(shù)量達(dá)標(biāo)但代表性不足。真正有參考價值的抽樣應(yīng)該盡量分散在不同時間段最好能夠覆蓋設(shè)備維護(hù)周期前后、不同班次的生產(chǎn)。如果條件實在受限至少也要在文檔里如實記錄這種局限性并在后續(xù)量產(chǎn)監(jiān)控里用額外措施來補(bǔ)位。產(chǎn)品級認(rèn)證還強(qiáng)調(diào)“每一批”的封裝批次不能全部混在一起。因為產(chǎn)品級認(rèn)證終究要落到封裝級可靠性上封裝廠、封裝批號、塑封料批次這幾個變量如果不做隔離出了異常根本鎖定不了環(huán)節(jié)。2.3 認(rèn)證參數(shù)的選擇技巧JEP001-3A列了一個非常長的參數(shù)清單從直流參數(shù)到交流參數(shù)、再到功能測試幾乎覆蓋了常規(guī)產(chǎn)品測試的方方面面。但這不代表你必須全盤照抄標(biāo)準(zhǔn)本身也支持基于風(fēng)險的裁剪。關(guān)鍵在于裁剪這個動作必須要有書面理由否則審查時極容易被挑戰(zhàn)。我的習(xí)慣是會做兩個維度的篩選。第一維度是看參數(shù)和已知工藝弱點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度。例如對于銅互連工藝電遷移相關(guān)的參量如特定結(jié)構(gòu)的電阻漂移必須重點(diǎn)覆蓋對于高壓器件BVdss的在高溫反偏后的漂移是重點(diǎn)。第二維度是看參數(shù)和終端應(yīng)用場景的關(guān)系。車規(guī)芯片和消費(fèi)電子芯片即使在同一工藝平臺上認(rèn)證側(cè)重點(diǎn)也不同。有一個參數(shù)選擇上的經(jīng)驗值得分享不要只關(guān)注平均值達(dá)標(biāo)要特別關(guān)注每個die的分布形態(tài)和漂移方向?？煽啃詳?shù)據(jù)里平均值漂亮但某幾個die出現(xiàn)極端漂移的情況非常常見。產(chǎn)品級認(rèn)證的意義恰恰就是暴露這種測試鍵結(jié)構(gòu)不容易發(fā)現(xiàn)的“尾部風(fēng)險”。2.4 產(chǎn)品級認(rèn)證中的失效分析和判據(jù)JEP001-3A反復(fù)強(qiáng)調(diào)認(rèn)證過程中的失效分析不是可選項而是必選項。任何一起可靠性失效如果只得到一個“該樣品失效”的結(jié)論那這次實驗的信息量就損失了大半。可靠性工程師最容易犯的錯誤是把精力全部花在篩選合格樣品上對失效樣品則草草了事。我的看法是失效分析的價值在認(rèn)證階段甚至高于正常樣品的數(shù)據(jù)。因為產(chǎn)品級認(rèn)證的目的不只是“證明當(dāng)前設(shè)計能過”更是“發(fā)現(xiàn)工藝和設(shè)計交互中的薄弱環(huán)節(jié)”。一次HCI熱載流子注入失效如果分析下來發(fā)現(xiàn)失效點(diǎn)和版圖上一處金屬拐角相關(guān)這個發(fā)現(xiàn)對后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)則優(yōu)化意義極大。關(guān)于判據(jù)JEP001-3A明確要求零失效。這一點(diǎn)經(jīng)常引起爭議尤其是樣品數(shù)量較大時一個失效就推翻整個認(rèn)證結(jié)論代價不小。但實際工作中零失效要求的邏輯是對的——認(rèn)證階段出現(xiàn)的失效說明工藝和產(chǎn)品組合還沒有達(dá)到足夠成熟的水平。盲目用數(shù)據(jù)篩選方式把失效樣品剔除掉然后繼續(xù)認(rèn)定認(rèn)證通過這是自己騙自己。3. 實操過程與核心環(huán)節(jié)實現(xiàn)3.1 認(rèn)證計劃的整體流程按照J(rèn)EP001-3A的要求一個完整的產(chǎn)品級認(rèn)證流程通常包含以下幾個階段。工藝與產(chǎn)品信息摸底階段需要收集工藝平臺的詳細(xì)版本信息、產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)則版本、掩膜版組信息、關(guān)鍵器件結(jié)構(gòu)說明。這里特別要注意的是工藝平臺的大小版本差異會直接影響認(rèn)證單元劃分的合理性。接下來是測試結(jié)構(gòu)確認(rèn)階段要確認(rèn)產(chǎn)品里有哪些內(nèi)建的測試結(jié)構(gòu)可以利用哪些參數(shù)只能通過特定測試模式訪問。有些產(chǎn)品在design階段沒有考慮到可靠性測試的需求導(dǎo)致關(guān)鍵參數(shù)無法直接測試這會影響認(rèn)證方案的可執(zhí)行性。然后是可靠性應(yīng)力實驗設(shè)計階段根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用場景確定應(yīng)力條件包括溫度、電壓、濕度、電流等形成完整的可靠性矩陣。實驗執(zhí)行與監(jiān)控階段按照既定的矩陣進(jìn)行實驗和數(shù)據(jù)收集。期間要有明確的檢查機(jī)制防止某組實驗條件跑偏導(dǎo)致數(shù)據(jù)作廢。最后是數(shù)據(jù)分析和報告輸出階段匯總所有測試數(shù)據(jù)形成完整的認(rèn)證報告包括參數(shù)漂移分析、失效分析結(jié)論、認(rèn)證結(jié)論和量產(chǎn)監(jiān)控建議。3.2 如何從應(yīng)用場景推導(dǎo)應(yīng)力條件產(chǎn)品級認(rèn)證的應(yīng)力條件直接來源于產(chǎn)品的目標(biāo)應(yīng)用。以車規(guī)應(yīng)用為例發(fā)動機(jī)艙環(huán)境溫度極高器件長期處于高溫狀態(tài)HTOL高溫工作壽命的溫度條件會比常規(guī)工業(yè)級更高同時熱循環(huán)次數(shù)需考慮實際駕駛中的溫度變化頻率。消費(fèi)電子產(chǎn)品和車規(guī)產(chǎn)品在ESD靜電放電等級要求上也有明顯差異。消費(fèi)電子在HBM人體模型級別上通常要求2kV而車規(guī)產(chǎn)品對CDM充電器件模型的要求往往更嚴(yán)格因為車載環(huán)境里的耦合路徑更復(fù)雜。標(biāo)準(zhǔn)里要求所有應(yīng)力條件選擇的依據(jù)都應(yīng)當(dāng)可追溯。我在寫認(rèn)證計劃時會把目標(biāo)應(yīng)用的環(huán)境條件作為附件讓評審者能夠看到從客戶需求到測試條件的完整推導(dǎo)鏈條。3.3 數(shù)據(jù)記錄和趨勢分析產(chǎn)品級認(rèn)證數(shù)據(jù)的記錄是很多公司質(zhì)量體系里做得最不到位的地方。JEP001-3A要求數(shù)據(jù)和測試條件記錄要足夠詳細(xì)以便追溯失效模式。實際操作中這意味著不僅要記錄最終的測試值還要記錄測試溫度、測試時間、測試設(shè)備編號、軟件版本、操作員等。對于數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式我的經(jīng)驗是做三類趨勢分析第一類是同一批次內(nèi)不同樣品參數(shù)隨時間的變化趨勢第二類是不同批次之間的參數(shù)分布對比第三類是可靠性應(yīng)力前后的參數(shù)分布對比。這三類趨勢分析結(jié)合在一起能有效地判斷參數(shù)漂移是隨機(jī)噪聲還是系統(tǒng)性偏移。3.4 與晶圓廠的配合方式JEP001-3A的產(chǎn)品級認(rèn)證無法繞開晶圓廠的配合。大小問題在于很多fab對第三方公司的產(chǎn)品級認(rèn)證申請是有專門流程的需要提前預(yù)約工程批次、確認(rèn)測試鍵信息、協(xié)商數(shù)據(jù)共享范圍。實操中建議盡早啟動和fab的溝通在認(rèn)證計劃還沒有完全定型的時候就讓fab的可靠性工程師參與進(jìn)來。一方面可以獲取他們工藝平臺歷史可靠性的原始數(shù)據(jù)另一方面也能提前規(guī)避掉一些工藝能力達(dá)不到的測試要求。4. 常見問題與排查技巧實錄4.1 批次數(shù)量夠了但認(rèn)證仍被否的常見原因很多團(tuán)隊在產(chǎn)品級認(rèn)證被否后一臉茫然明明批次數(shù)量滿足要求樣品數(shù)量也達(dá)標(biāo)怎么還是被否了我復(fù)盤過一些案例發(fā)現(xiàn)大概率出在以下幾個點(diǎn)上。第一抽樣批次的時間集中度過高。三批晶圓如果連續(xù)生產(chǎn)無法覆蓋設(shè)備維護(hù)和翻新的影響客戶或第三方審核機(jī)構(gòu)會質(zhì)疑代表性。第二個別批次在測試中途經(jīng)歷了長時間停機(jī)恢復(fù)后繼續(xù)測試這種數(shù)據(jù)在嚴(yán)肅審核者眼中基本算無效。第三參數(shù)裁剪時砍掉了客戶重點(diǎn)關(guān)注的測試項導(dǎo)致最終報告無法回答客戶最關(guān)心的問題。這里多提一句JEP001-3A里要求認(rèn)證單元的劃分和抽樣計劃要有明確的書面記錄這個記錄往往就是審核時第一個被查看的文件。如果這個文件邏輯不清后面的所有數(shù)據(jù)都會被帶著質(zhì)疑的眼光看待。4.2 單個樣品失效后如何正確應(yīng)對產(chǎn)品級認(rèn)證中出現(xiàn)單顆樣品失效處理方式直接決定項目進(jìn)度。正確的應(yīng)對路徑是先停止整個認(rèn)證判定流程然后對失效樣品做完整的失效分析判斷失效機(jī)制再將失效樣品信息與同批次其他樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析最后判斷失效是否屬于孤立的隨機(jī)事件。只有在確認(rèn)失效屬于明確的偶然因素、可解釋、可閉環(huán)的情況下才能補(bǔ)充樣品繼續(xù)完成認(rèn)證。絕對不能做的是直接把失效樣品從數(shù)據(jù)里刪掉然后假裝它不存在。可靠性工作依賴的是全面的失效信息刻意回避失效數(shù)據(jù)的做法一旦在后續(xù)量產(chǎn)中暴露出來代價遠(yuǎn)大于補(bǔ)做實驗的成本。4.3 產(chǎn)品級認(rèn)證的量產(chǎn)延續(xù)問題JEP001-3A雖然是講認(rèn)證的但認(rèn)證之后的工作反而決定了這份認(rèn)證的長期有效性。認(rèn)證通過只是拿到了量產(chǎn)“準(zhǔn)生證”后續(xù)工藝的任何重大波動都可能讓當(dāng)初的認(rèn)證結(jié)論失去效力。實際執(zhí)行中建議建立認(rèn)證后的工藝量產(chǎn)監(jiān)控體系對當(dāng)初認(rèn)證實驗里涉及的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行持續(xù)跟蹤。一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控參數(shù)出現(xiàn)系統(tǒng)性漂移趨勢就要及時觸發(fā)重新認(rèn)證或補(bǔ)充認(rèn)證流程。關(guān)于這個部分JEP001-3A更多是給出了框架性的指導(dǎo)具體的監(jiān)控限和響應(yīng)機(jī)制往往需要結(jié)合工藝特點(diǎn)自己制定。4.4 常見審核挑戰(zhàn)問題整理這些年應(yīng)付過的關(guān)于JEP001-3A的審核問題整理成一份速查表供大家參考。審核員最愛問的第一個問題就是認(rèn)證單元劃分的依據(jù)是什么為什么這個產(chǎn)品可以共享另一款產(chǎn)品的認(rèn)證數(shù)據(jù)?；卮疬@個問題的關(guān)鍵是把兩個產(chǎn)品的工藝平臺版本、關(guān)鍵器件一致性、設(shè)計規(guī)則一致性講清楚。第二個高頻問題是可靠性應(yīng)力條件是如何制定的。這里如果回答“參考行業(yè)經(jīng)驗”就太虛了需要直接引到目標(biāo)應(yīng)用的溫濕度、電壓、開關(guān)頻率等具體環(huán)境條件。第三個高頻問題通常圍繞失效分析和糾正措施審核員喜歡追問失效的根本原因和后續(xù)如何預(yù)防。如果失效分析只做到現(xiàn)象層就停了基本會被持續(xù)追蹤挑戰(zhàn)。5. 實操心得與項目經(jīng)驗補(bǔ)充5.1 結(jié)構(gòu)劃分上的實際經(jīng)驗實際做下來我的感受是JEP001-3A最大的價值不在于它規(guī)定了具體測什么而在于它逼著認(rèn)證團(tuán)隊把產(chǎn)品、工藝、可靠性三者之間的關(guān)系想清楚。很多認(rèn)證計劃做得亂七八糟的團(tuán)隊根源上就是沒有理清“這個產(chǎn)品到底依賴哪些工藝特性”“這些工藝特性在什么條件下會退化”這兩條線。我個人習(xí)慣用一張矩陣表來管理橫向是認(rèn)證單元里所有需要覆蓋的器件類型和參數(shù)縱向是各路可靠性應(yīng)力實驗。每做一輪計劃評審就把這張矩陣表翻出來核對一遍看哪些格子是空的、哪些格子沒有足夠的樣品支撐。這個方法簡單但有效比悶頭看標(biāo)準(zhǔn)原文直觀得多。5.2 關(guān)于JEP001-3A版本差異的提醒JEP001-3A和之前的版本相比一個顯著變化是更加強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品層面的缺陷控制和早期失效而不只是關(guān)注磨耗性失效。這一點(diǎn)對于理解整個認(rèn)證框架的出發(fā)點(diǎn)很關(guān)鍵。現(xiàn)代先進(jìn)工藝下真正的可靠性問題往往不是經(jīng)典的wear-out機(jī)制而是工藝缺陷導(dǎo)致的早期失效。產(chǎn)品級認(rèn)證中大量參數(shù)漂移的分析方法很大程度上就是為了捕捉這類早期失效風(fēng)險。另外標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)完整性和可追溯性的要求在3A版本里也有所強(qiáng)化。如果手頭還在用2A版本的模板做3A認(rèn)證建議仔細(xì)核對差異點(diǎn)避免在審核時被抓住版本適用的把柄。5.3 最后的小建議如果讓我只給一條建議那就是不要把JEP001-3A當(dāng)成一本翻閱完就束之高閣的標(biāo)準(zhǔn)把它當(dāng)成認(rèn)證工作的底層操作系統(tǒng)讓每個認(rèn)證決策都能找回這份源文件的影子。養(yǎng)成了這個習(xí)慣之后不管是和客戶討論認(rèn)證范圍還是應(yīng)對第三方審核都能有條有理地拿出依據(jù)。在實際執(zhí)行過程中團(tuán)隊里至少要有兩個人對標(biāo)準(zhǔn)原文非常熟悉一人負(fù)責(zé)工藝和設(shè)計側(cè)一人負(fù)責(zé)可靠性和質(zhì)量側(cè)。認(rèn)證工作牽涉面廣靠一個崗位單打獨(dú)斗極易漏項這算是我在項目里最能感受到的現(xiàn)實。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取