半導體製造中的品質可靠性與創新（簡體書）

本書是由積體電路行業品質與可靠性管理領域的國際知名學者，中芯國際積體電路製造有限公司副總裁簡維廷、郭位院士（美）、張啟華等專家編著的一本闡述品質與可靠性工程在積體電路製造中的實際應用的專著。 書中系統、深入地介紹了從設計、製造評估到使用實際工程中各個環節的品質與可靠性問題，並將作者獨到的創新理念融入於整個書中。全書共4章。第1章簡要介紹了中國積體電路產業目前發展的狀況及趨勢，以及積體電路製造過程中，品質與可靠性管理工作主要涵蓋的內容。第2～4章，分別針對品質、可靠性和失效分析（Failure Analysis，FA）三大課題，通過大量的實用案例，以及作者在管理和工程上積累的眾多創新經驗和創新理念，闡述了如何在透徹瞭解理論知識的基礎上，將這些知識應用於實際的生產線和產品的品質與可靠性管理。

簡維廷，中國臺灣人，積體電路行業品質與可靠性管理領域國際知名學者，中芯國際積體電路製造有限公司副總裁。

由積體電路行業品質與可靠性管理領域的國際知名學者簡維廷等專家共同打造。

自21世紀初，積體電路製造開始在中國大陸蓬勃發展，到如今，已經建成了十幾條8英寸線和多條12英寸的先進生產線。我國政府持續推出優惠政策，大力扶持積體電路產業。尤其是近期，國務院在2014年6月發佈了《國家積體電路產業發展推進綱要》，開始全方位地推動中國積體電路產業的全面發展。2015年3月李克強總理在《政府工作報告》中又明確地指定積體電路產業作為未來大力發展的方向之一，並對產業的創新予以支持和鼓勵。2015年5月，國務院又正式發佈了《中國製造2025》的規劃，吹響了智慧工廠、智慧製造的衝鋒號。
吾輩何其幸甚，身處在這風起雲湧的浪潮之巔。自當全力以赴，為中國半導體產業的發展竭智盡力。
筆者在積體電路製造業從事品質與可靠性工作已經數十載。自基層工程師一步步做起，多年前就已開始擔任企業高管，曾就職於數家國內外大型企業。從2001年加入中芯國際開始，就見證了中國積體電路製造業迅速發展的歷程。期間也有幸與很多國內外業界的先驅和專家，同堂議事，共襄盛舉。
雖然筆者日常是以處理工作上的事情為主，但也時時都會關注在品質與可靠性方面的一些最新動態。一方面，需要充充電，加深理論知識的學習；另一方面也需要拓展視野，瞭解技術發展的最新狀況。工作中也確實會碰到各種各樣的疑難問題，需要將這些知識轉化為解決問題的方法。在這樣的摸索中，促進自己不斷地思考，所以也實現了一些突破，進行了一些創新。
迄今，本人已提交專利60多份，發表專業論文200餘篇。在作為管理人員帶領團隊攻關解難、參與多項課題研究的時候，也一直鼓勵同仁積極創新。在這十幾年間，團隊成員已總共提交專利500多份，發表論文300多篇。
這些實踐中的各項創新，雖然已有相應的文獻可供查詢參考。但多年經驗的累積，卻總是缺乏一次系統性的整理。所以本書也算是對多年工作的感悟做一次總結。藉此收拾行裝，準備踏上下一段征程。
書中沒有涉及很多理論的推導和公式的計算，因為這些在相關的參考文獻裡會有更詳盡的介紹。本書主要介紹的是一些管理的方法和工程的實用技巧，易於讀者理解和運用。目前市面上流通的專業書籍，大部分都是針對品質、可靠性和失效分析，分專題來進行介紹的。但是本書卻同時涵蓋了這三個領域，並且秉持了相同的管理思路。而且本書中，眾多豐富的工程創新和實用案例，在其他書籍中也是難得一見的。
本書在這個歷史轉折性的時刻推出，是希望更多的人在關注積體電路製造技術發展的同時，也不要忘記品質與可靠性對積體電路產業的重要性。希望能為同業人員的工作爭取更多的重視與支持。同時，我們也認為中國整體製造技術，如果想要再往上有所提升，必然離不開品質與可靠性的管理理念和管理方法的創新與進步。因為目前中國製造被人詬病的最主要的地方就是品質。
本書介紹品質與可靠性的相關基礎知識。更重要的是，分享了筆者在品質與可靠性領域的諸多實戰經驗和創新。對於剛剛接觸這個行業的讀者來說，可以幫助他們瞭解這一領域的概貌。在分享我們的經驗和創新的思路之後，期望能夠啟發讀者，有更多獨立自主的創新思考和實踐。對於資深的讀者來說，提供一個相互切磋、相互啟發的平臺，希望藉由本書得到更多專家的指點和建議。同時也希望為半導體製造、為品質與可靠性的發展這一宏圖偉業添磚加瓦。
儘管我們大部分的創新是集中在積體電路產業，尤其是積體電路製造領域，但是這些品質與可靠性管理的方法和創新也是可以運用在其他領域的。比如，早期偵測的理念，在汽車製造、航太製造等高科技產業都是非常值得推廣的。
在很多次碰到難題，無法突破的時候，筆者都得到了郭位院士的大力支持與悉心指導。在本書的撰寫中，郭院士也幫助擬定提綱，並提供了大量的技術資料和自己的一些研究成果作為參考。
郭位院士，美藉中國臺灣學者。1951年出生於中國臺北，1972年取得國立清華大學核子工程學士學位，1980年在美國堪薩斯州立大學取得工業工程博士學位。現為中國香港城市大學校長、傑出教授。郭教授是美國國家工程院院士、中國臺灣中央研究院院士及國際品質學院院士，也是中國工程院外籍院士。
經過近兩年時間，無數多個夜晚和週末的奮戰，本書終於定稿。第1章是緒論；第2章主要介紹品質管制與工程及其創新；第3章主要介紹可靠性工程與管理及其創新；第4章則主要是介紹失效分析。本書能夠付梓出版，也離不開一些同事和朋友的大力相助。如李明博士撰寫了失效分析的部分內容，何文文女士撰寫了品質管制的主要部分。並且他們也都參與了本書的編輯和整理。同時，這裡也要感謝趙永在可靠性方面，康盛在數理統計方面，鄧貴紅在工藝品質控制方面，上官遨宇在進料檢驗方面提供了豐富的原始材料。
對於本書的不足之處，希望各位讀者、專家不吝指正。


編著者

1章 緒論 （1）
1.1 概述 （1）
1.1.1 前景展望 （2）
1.1.2 基礎知識介紹 （3）
1.2 積體電路製造中的品質與可靠性管理 （8）
1.2.1 晶片製造流程 （8）
1.2.2 品質與良率的管理 （13）
1.2.3 可靠性管理 （16）
1.3 品質與可靠性的創新 （19）
1.4 思考提高加油站 （23）
第2章 品質管制與工程 （25）
2.1 品質的介紹 （25）
2.1.1 概述 （25）
2.1.2 定義 （25）
2.1.3 品質的發展[23] （26）
2.1.4 品質人 （29）
2.1.5 中國品質獎 （30）
2.1.6 工業4.0 （31）
2.2 品質管制簡介 （32）
2.2.1 品質保證和品質控制 （32）
2.2.2 積體電路製造的特點 （33）
2.2.3 品質管制的原則 （34）
2.3 品質管制體系 （35）
2.3.1 概述 （35）
2.3.2 ISO 9000 （36）
2.3.3 ISO/TS 16949和TL 9000 （37）
2.4 品質管制與工程的工具（40）
2.4.1 品質管制七大工具 （40）
2.4.2 抽樣技術 （42）


2.4.3 實驗設計 （43）
2.4.4 測量系統分析 （44）
2.4.5 8D問題求解法 （45）
2.4.6 其他工具和方法 （47）
2.5 統計程序控制 （48）
2.5.1 過程的概念 （49）
2.5.2 統計程序控制的概念[38] （50）
2.5.3 過程的控制與改善 （51）
2.5.4 數理統計方法的應用 （53）
2.6 品質管制的創新 （57）
2.6.1 螺旋上升的模式—四大要素 （57）
2.6.2 取長補短齊進步——一致性 （58）
2.6.3 穩中求進——穩定性 （62）
2.6.4 防患勝於治療——前偵性 （64）
2.6.5 說、寫、做一致—紀律性 （71）
2.6.6 創新的土壤—培訓體系 （73）
2.7 品質工程的創新 （76）
2.7.1 統計程序控制的應用 （76）
2.7.2 雙重控制線的靈活設定 （78）
2.7.3 最佳WAT設定 （80）
2.7.4 參數控制系統的全域優化方法 （81）
2.7.5 生產設備監控 （82）
2.7.6 其他創新 （84）
2.8 積體電路製造的品質管制 （85）
2.8.1 品質管制的系統 （85）
2.8.2 原物料管理 （87）
2.8.3 生產過程管理 （88）
2.8.4 出貨管理 （90）
2.8.5 外包商品質管制 （90）
2.9 總結 （92）
2.10 思考提高加油站 （92）
第3章 可靠性管理與工程 （95）
3.1 可靠性的介紹 （96）
3.1.1 概述 （96）
3.1.2 可靠性定義與分類 （97）
3.1.3 可靠性的數學描述 （99）
3.2 積體電路的可靠性介紹 （103）
3.2.1 概述 （103）
3.2.2 代工廠的可靠性工程 （104）


3.2.3 積體電路可靠性面臨的挑戰 （106）
3.2.4 可靠性工作內容介紹 （107）
3.3 工藝可靠性工程與創新 （113）
3.3.1 概述 （113）
3.3.2 工藝可靠性評估項目介紹 （114）
3.3.3 工藝可靠性的創新 （129）
3.4 產品可靠性工程與創新 （134）
3.4.1概述 （134）
3.4.2 工作壽命測試 （134）
3.4.3 魯棒性（Robustness）測試 （137）
3.4.4 環境測試 （138）
3.4.5 產品可靠性的創新 （140）
3.4.6 通用型老化測試板設計與應用 （142）
3.5 積體電路可靠性管理與創新 （145）
3.5.1 概述 （145）
3.5.2 早期偵測 （148）
3.5.3 植入式可靠性系統 （165）
3.6 總結 （177）
3.7 思考提高加油站 （178）
第4章 失效分析 （180）
4.1 失效分析介紹 （180）
4.1.1 基本概念 （180）
4.1.2 失效分析的作用 （180）
4.1.3 失效分析的發展 （181）
4.2 失效分析的流程和方法 （181）
4.2.1 失效分析基本原則 （181）
4.2.2 失效分析基本流程和常用方法 （182）
4.2.3 失效分析流程的靈活處理 （184）
4.3 失效分析技術 （184）
4.3.1 實驗室常用的積體電路失效分析設備 （184）
4.3.2 失效點定位分析技術 （186）
4.3.3 物性失效分析技術 （198）
4.4 失效分析案例 （214）
4.4.1 EMMI失效點定位分析案例 （214）
4.4.2 OBIRCH失效點定位分析案例 （215）
4.4.3 電壓襯度和納米探針定位的失效分析案例 （218）
4.4.4 邏輯電路掃描鏈失效分析 （220）
4.4.5 SIMS失效分析案例 （220）
4.4.6 小結 （223）


4.5 失效分析中的技術創新 （224）
4.5.1 實用定位技巧 （224）
4.5.2 實用分析技術及技巧 （227）
4.5.3 失效分析制樣方法的創新及改進 （230）
4.6 總結 （239）
4.7 思考提高加油站 （239）
英文索引 （241）
參考文獻 （255）