王云輝

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060）

1 集成電路制造工藝與質(zhì)量管理概述

1.1 集成電路制造工藝的概述

集成電路（Integrated Circuit，IC）制造工藝是指將電子器件（晶體管、電容、電阻等）和電路元件（電感、濾波器等）按照設(shè)計(jì)圖樣制造、組裝和封裝成一個(gè)集成電路芯片的過程。集成電路制造工藝是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)，是電子信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。

集成電路制造工藝主要包括晶體管制造工藝、半導(dǎo)體工藝、封裝工藝和測(cè)試工藝四個(gè)部分。其中，晶體管制造工藝是制造集成電路的基礎(chǔ)工藝，主要包括晶體管的生長(zhǎng)、摻雜、光刻、蝕刻、沉積、擴(kuò)散、離子注入等工藝過程。半導(dǎo)體工藝是指在晶體管的基礎(chǔ)上，通過蝕刻、沉積、刻蝕等工藝加工形成電路元件和電路層的過程。封裝工藝是將制造好的芯片封裝在塑料或陶瓷封裝體中，以保護(hù)芯片、提高可靠性和便于使用。測(cè)試工藝是對(duì)制造好的芯片進(jìn)行測(cè)試，保證其滿足設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量要求[2]。

在集成電路制造工藝中，制造工藝的精度和穩(wěn)定性非常重要，其制程容差常常只有幾納米，而且制程工藝具有高度的復(fù)雜性和重復(fù)性。因此，制造工藝需要高質(zhì)量的設(shè)備、原材料和嚴(yán)格的操作規(guī)范。同時(shí)，集成電路制造工藝需要經(jīng)過多道工序，因此需要完善的流程控制和質(zhì)量管理體系，以確保制造出的芯片具有高度的一致性和可靠性[3]。

當(dāng)前，集成電路制造工藝在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。隨著工藝制程的微縮化和集成度的不斷提高，集成電路的功耗、速度、成本等方面也得到了顯著的改善。同時(shí)，集成電路制造工藝還在不斷探索新的技術(shù)和材料，如新型半導(dǎo)體材料、三維堆疊技術(shù)、納米光學(xué)等，以推動(dòng)集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

1.2 質(zhì)量管理的定義和方法

質(zhì)量管理是指在生產(chǎn)、服務(wù)等過程中，通過系統(tǒng)化的方法和手段，以滿足客戶需求為導(dǎo)向，不斷提高產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量水平，降低成本，提高效率，以達(dá)到提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。在質(zhì)量管理中，定語和方法是非常重要的兩個(gè)方面。

質(zhì)量管理的定語是指將質(zhì)量管理中的關(guān)鍵要素進(jìn)行明確、具體化的過程。常見的質(zhì)量管理定語包括“客戶需求導(dǎo)向”“全員參與”“過程管理”“數(shù)據(jù)分析”“持續(xù)改進(jìn)”等。其中，“客戶需求導(dǎo)向”是質(zhì)量管理的核心，通過對(duì)客戶需求的理解和滿足，可以提高客戶滿意度，從而提高產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量水平。“全員參與”是指企業(yè)中每個(gè)員工都應(yīng)該對(duì)質(zhì)量管理負(fù)有責(zé)任和義務(wù)，形成全員參與的質(zhì)量管理體系。“過程管理”是指從全過程的角度，對(duì)質(zhì)量進(jìn)行控制和管理?！皵?shù)據(jù)分析”是通過采集和分析數(shù)據(jù)，識(shí)別問題和改進(jìn)機(jī)會(huì)，以提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和質(zhì)量水平?！俺掷m(xù)改進(jìn)”是指質(zhì)量管理應(yīng)該是一個(gè)不斷改進(jìn)的過程，持續(xù)提高產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量水平[4]。

質(zhì)量管理的方法是指在質(zhì)量管理過程中應(yīng)用的方法和工具。常見的質(zhì)量管理方法包括“PDCA 循環(huán)”“六西格瑪”“質(zhì)量功能部署”“統(tǒng)計(jì)過程控制”等。其中，“PDCA 循環(huán)”是質(zhì)量管理的基本方法，它包括計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和改進(jìn)四個(gè)環(huán)節(jié)，通過不斷地循環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的不斷改進(jìn)。“六西格瑪”是一種以數(shù)據(jù)和事實(shí)為基礎(chǔ)的質(zhì)量管理方法，通過對(duì)過程的測(cè)量、分析、改進(jìn)和控制，以達(dá)到產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的提高?！百|(zhì)量功能部署”是一種通過將客戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)的具體特性，并將其傳遞到生產(chǎn)過程中去的質(zhì)量管理方法?！敖y(tǒng)計(jì)過程控制”是一種通過采集和分析生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制和改進(jìn)，從而提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和質(zhì)量水平[5]。

1.3 集成電路制造工藝和質(zhì)量管理的關(guān)系

集成電路制造工藝和質(zhì)量管理之間存在著密切的關(guān)系。在集成電路制造過程中，質(zhì)量管理是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

集成電路制造過程中存在大量的工藝流程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在每個(gè)工藝流程中都需要質(zhì)量管理的支持，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量能夠滿足客戶的需求。例如，在晶圓制備過程中，質(zhì)量管理可以通過監(jiān)控晶圓的表面平整度、表面缺陷、厚度等指標(biāo)，以確保晶圓的質(zhì)量滿足要求。在晶圓上的電路制造過程中，質(zhì)量管理可以通過采用良好的布局設(shè)計(jì)、設(shè)備檢測(cè)和產(chǎn)品測(cè)試等方法，確保每個(gè)電路元件的制造質(zhì)量，從而確保整個(gè)電路的質(zhì)量。

質(zhì)量管理對(duì)集成電路制造過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。通過采用SPC（統(tǒng)計(jì)過程控制）等方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，如電路制造中的線寬、線距、氧化層厚度、掩模對(duì)準(zhǔn)精度等，以確保生產(chǎn)過程中各項(xiàng)參數(shù)均處于控制范圍內(nèi)，從而確保最終產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

質(zhì)量管理還可以通過不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程和改進(jìn)生產(chǎn)方法，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。例如，在晶圓制備過程中，采用新型的晶圓切割機(jī)，可以提高晶圓的表面平整度和表面質(zhì)量，從而提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在電路制造過程中，通過改進(jìn)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化加工工藝，可以提高電路元件的加工精度和一致性，從而提高產(chǎn)品的可靠性和性能。

質(zhì)量管理是集成電路制造過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，它可以確保產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的可靠性和性能，減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，從而增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在集成電路制造過程中，質(zhì)量管理需要根據(jù)生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況，采用不同的方法和手段，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

2 集成電路制造工藝技術(shù)

2.1 微細(xì)加工技術(shù)

集成電路微細(xì)加工技術(shù)是指在微米級(jí)別上對(duì)晶圓進(jìn)行加工處理，制造出尺寸更小、性能更強(qiáng)的芯片，是當(dāng)今半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的熱門研究方向。其發(fā)展趨勢(shì)是制造更小、功耗更低、速度更快、更具可靠性的芯片。

微細(xì)加工技術(shù)的主要方法包括：

光刻技術(shù)：光刻技術(shù)是制造微細(xì)芯片必不可少的工藝之一，它通過利用光的干涉、衍射和吸收等原理，將光刻膠上的圖案轉(zhuǎn)移到晶圓表面，制造出微細(xì)結(jié)構(gòu)。

離子注入技術(shù)：離子注入技術(shù)是一種將離子注入晶體材料中，控制材料中的雜質(zhì)濃度和電學(xué)性能的方法。它可以在材料表面或者深層區(qū)域制造出有序的電子元器件。

氧化技術(shù)：氧化技術(shù)是通過在晶圓表面形成一層氧化層，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的控制，常用于制作MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。

退火技術(shù)：退火技術(shù)是一種在高溫下將晶圓加熱處理，以改變材料的結(jié)構(gòu)和性能的方法，常用于提高材料的電學(xué)性能和穩(wěn)定性。

2.2 電路互連技術(shù)

集成電路互連技術(shù)是將晶圓上不同區(qū)域的電路元件連接起來，以形成完整的電路系統(tǒng)的技術(shù)。電路互連技術(shù)可以直接影響集成電路的性能、功耗和可靠性。其發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)更高速率、更低功耗、更高密度的電路互聯(lián)。

電路互連技術(shù)的主要方法包括：

金屬互連技術(shù)：金屬互連技術(shù)是將金屬線路通過氧化物層連接到晶圓上的電路元件，實(shí)現(xiàn)電路互聯(lián)的方法。常用的金屬互連材料包括銅、鋁等。

三維堆疊技術(shù)：三維堆疊技術(shù)是將多個(gè)晶圓進(jìn)行垂直堆疊，形成三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。它可以將更多的電路元件和互聯(lián)線路集成在同一芯片中，提高電路密度和性能。

集成光通信技術(shù)：集成光通信技術(shù)是一種通過利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，它可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和減少功耗，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高密度的電路互聯(lián)。

2.3 蝕刻技術(shù)

集成電路制造是一種高度精密的技術(shù)，其中蝕刻技術(shù)是制造過程中不可或缺的一部分。蝕刻技術(shù)指的是將涂有光刻膠的硅片放入蝕刻液中，將未被覆蓋的部分蝕刻掉的過程。這種技術(shù)可以在硅片上制造出微小的電路元件，使其可以執(zhí)行各種功能。蝕刻技術(shù)是集成電路制造過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，可以幫助創(chuàng)造出復(fù)雜的電路。這個(gè)過程的第一步是將硅片涂上一層光刻膠，這種膠可以防止化學(xué)反應(yīng)對(duì)硅片的不必要部分產(chǎn)生影響。然后，使用一臺(tái)光刻機(jī)將電路圖案投射到光刻膠上，產(chǎn)生一個(gè)反向的圖案，這個(gè)過程稱為光刻。接下來，硅片被浸泡在蝕刻液中，蝕刻液可以腐蝕掉未被光刻膠保護(hù)的硅片表面，這樣在一定的時(shí)間內(nèi)，蝕刻液會(huì)將硅片上的材料逐漸蝕刻掉，直到電路圖案被完全形成。在這個(gè)過程中需要控制蝕刻液的濃度和溫度，以確保它們能夠產(chǎn)生正確的蝕刻速度和深度。蝕刻技術(shù)有許多不同的類型，包括濕法蝕刻和干法蝕刻。濕法蝕刻是最常用的蝕刻技術(shù)，它使用化學(xué)溶液來蝕刻掉硅片上的材料。這種技術(shù)具有較高的選擇性和控制性，可以實(shí)現(xiàn)非常高的精度。干法蝕刻則使用等離子體將硅片表面的材料去除，這種方法通常用于制造深的凹槽或小孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

3 集成電路制造工藝的質(zhì)量管理策略

集成電路制造工藝是一項(xiàng)復(fù)雜的生產(chǎn)過程，需要對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的管理和監(jiān)控，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在集成電路制造過程中，質(zhì)量管理策略至關(guān)重要。質(zhì)量管理策略是指通過制定一系列的管理措施，來保證產(chǎn)品的質(zhì)量滿足客戶的需求，同時(shí)提高生產(chǎn)效率和降低成本。本文將介紹集成電路制造工藝的三個(gè)主要質(zhì)量管理策略。

3.1 過程控制

過程控制是指通過監(jiān)測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量滿足客戶要求。集成電路制造工藝過程控制可以分為兩個(gè)方面：第一，對(duì)于集成電路生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，通過數(shù)據(jù)采集和分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)參數(shù)的變化情況，從而確保各項(xiàng)參數(shù)處于控制范圍內(nèi)，避免過程變異，提高生產(chǎn)效率和降低成本。第二，對(duì)于出現(xiàn)問題的生產(chǎn)過程，通過采用控制圖、散點(diǎn)圖等方法，找出問題的原因，加以解決，避免出現(xiàn)同樣的問題。

過程控制的具體方法有：SPC（統(tǒng)計(jì)過程控制），SPC 是通過收集和分析數(shù)據(jù)，監(jiān)控過程變異的統(tǒng)計(jì)方法。它可以幫助生產(chǎn)工人在集成電路制造生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問題；FMEA（故障模式及影響分析），F(xiàn)MEA 是一種對(duì)產(chǎn)品或過程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法。它可以幫助生產(chǎn)過程中的工作人員在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)迅速處理，降低生產(chǎn)成本；6σ（六西格瑪），6σ 是一種用于測(cè)量過程變異的統(tǒng)計(jì)方法，它可以通過減少過程變異，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并最終提高生產(chǎn)效率和降低成本。

3.2 持續(xù)改進(jìn)

持續(xù)改進(jìn)是指通過不斷地改進(jìn)生產(chǎn)過程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并降低成本。持續(xù)改進(jìn)的具體方法有：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，確定最佳的工藝流程和參數(shù)設(shè)置，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量；優(yōu)化工藝，通過對(duì)集成電路制造生產(chǎn)過程的不斷觀察和分析，找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，并進(jìn)行改進(jìn)，以提高生產(chǎn)效率和降低成本；周期性審核，定期進(jìn)行內(nèi)部審核和外部審核，通過發(fā)現(xiàn)問題和優(yōu)化流程來持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)過程。

持續(xù)改進(jìn)可以通過PDCA（計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和行動(dòng)）模型來實(shí)現(xiàn)：

計(jì)劃階段：確定集成電路制造工藝改進(jìn)的目標(biāo)和計(jì)劃。

執(zhí)行階段：實(shí)施集成電路制造工藝持續(xù)改善計(jì)劃并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集。

檢查階段：對(duì)集成電路數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估，以確定改進(jìn)的效果。

行動(dòng)階段：根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，采取相應(yīng)的行動(dòng)，改進(jìn)集成電路制造工藝。

3.3 質(zhì)量保證

質(zhì)量保證是指通過一系列的措施，確保產(chǎn)品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)和客戶的要求。質(zhì)量保證的具體方法有：過程審核，通過對(duì)集成電路制造生產(chǎn)過程的審核，確保所有操作符合標(biāo)準(zhǔn)要求；產(chǎn)品檢驗(yàn)，對(duì)集成電路產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求；培訓(xùn)，對(duì)員工進(jìn)行必要的技能培訓(xùn)，確保員工熟悉集成電路制造工藝流程和要求，保證生產(chǎn)質(zhì)量；供應(yīng)商管理，確保供應(yīng)商提供的材料和零部件符合標(biāo)準(zhǔn)要求。質(zhì)量保證的主要目標(biāo)是確保產(chǎn)品的質(zhì)量符合客戶的要求，達(dá)到零缺陷的標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量保證可以通過ISO 9001 等質(zhì)量認(rèn)證體系來實(shí)現(xiàn)，這是一種基于客戶滿意度和不斷改進(jìn)的質(zhì)量管理體系。

4 結(jié)語

集成電路制造工藝的質(zhì)量管理策略包括過程控制、持續(xù)改進(jìn)和質(zhì)量保證。通過采用這些策略，可以確保產(chǎn)品的質(zhì)量滿足客戶的要求，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，并提高生產(chǎn)效率和降低成本，不斷提升我國(guó)集成電路制造工藝水平。