芯耀
372
2020 年 5 月 15 日清晨，世界最大的晶圓代工廠臺積電正式宣布，在美國聯(lián)邦政府及美國亞利桑那州的承諾支持下，興建并運營一個晶圓廠，布局 5nm 工藝制程技術生產半導體晶圓。越小的工藝意味著更低的能耗、更強的性能，但是同時也為失效芯片問題檢測、質量優(yōu)化等方面帶來了考驗。
賽默飛世爾科技公司(Thermo Fisher Scientific)是全球科學服務領域的領導者，幫助客戶加速生命科學領域的研究、解決在分析領域所遇到的復雜問題與挑戰(zhàn)、促進醫(yī)療診斷和治療的發(fā)展、提高實驗室生產力。
本期我們邀請到賽默飛的業(yè)務開發(fā)經理唐涌耀先生為我們解讀失效分析在半導體領域未來的機遇和挑戰(zhàn)。
芯片揭秘主播幻實（左）對話? 賽默飛業(yè)務開發(fā)經理唐涌耀經理（右）
?
以下由采訪內容整理
下劃線詞匯文末有解釋
本期話題：
1. FA 就是芯片醫(yī)生
2.?透射電子顯微鏡助力失效檢測
3.?人才融合，技術進步，發(fā)展空間大
FA 就是芯片醫(yī)生
幻實（主播）：
唐先生從事失效分析工作多久了？
唐涌耀（嘉賓）：
我在芯片相關失效分析領域工作了 17 年左右。目前擔任賽默飛業(yè)務開發(fā)經理，負責賽默飛材料科學部門半導體事業(yè)部的 EFA 業(yè)務拓展工作。
幻實（主播）：
半導體 FA 主要分為哪幾塊？
唐涌耀（嘉賓）：
傳統(tǒng)的 FA（failure analysis，失效分析）里面最主要的分為 PFA 和 EFA，PFA 是物性失效分析，EFA 是電學失效分析，這兩類分析方法都依賴于很多先進的儀器。
芯片問題檢測（來源：西安西谷官網、國海證券研究所）
幻實（主播）：
賽默飛世爾科技公司是全球科學服務領域的領導者，但是您也提到目前國內部分失效分析還在開發(fā)完善階段，今天想請您跟我們聊聊失效分析在半導體產業(yè)鏈中的作用和發(fā)展狀況。
唐涌耀（嘉賓）：
EFA 屬于失效分析領域的一個部分，失效分析在整個半導體產業(yè)鏈中都有涉及，尤其半導體制造工藝中起到重要作用。打個比方，如果半導體有問題有故障，就像病人一樣，F(xiàn)A 就像一個醫(yī)生，醫(yī)生要為病人看病并且做一些病因分析。
通常分析是需要一些數(shù)據和工具支持的，F(xiàn)A 的話也需要儀器，同時通過分析儀器收集到的數(shù)據來找到失效相關的原因，從而判斷是什么原因導致的問題，得以改善這些問題。
所以失效分析在整個半導體生產流程中，包括設計、芯片制造、封裝、測試以及最后的集成，都起到一個“醫(yī)生”的作用。半導體從設計到制造，從封裝到測試，都有各種各樣失效的產品，這部分失效的產品不僅影響著客戶使用，也影響到了產出質量。所以需要去找到失效的原因，找到誘因才能去改善。這也是為什么要進行失效分析的原因。
半導體產業(yè)鏈中的失效分析（來源：國盛證券研究所）
透射電子顯微鏡助力失效檢測
唐涌耀（嘉賓）：
如今技術發(fā)展越來越快，從我剛畢業(yè)的時候加入國家芯片 909 工程，當時的技術較現(xiàn)在比較落后，接觸到的工藝制程是 0.35-0.5 微米以及更大的制程產品?，F(xiàn)在技術越來越先進，工藝制程也越來越小。
幻實（主播）：
集成電路納米尺度越來越小了，一根頭發(fā)絲就有很多晶體管，失效檢測的實現(xiàn)一定很困難吧。
唐涌耀（嘉賓）：
是的，以前芯片的尺寸比較大，傳統(tǒng)方法通過光學顯微鏡就可以看到缺陷?，F(xiàn)在晶體管越來越小，給檢測帶來很大難度和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的光學顯微鏡已經無法滿足這樣的需求了，所以現(xiàn)在必須利用電子顯微鏡。現(xiàn)在的分析技術更依賴于很尖端的儀器，尤其是選擇電子顯微鏡可以看到納米級別甚至更小的物理缺陷。
幻實（主播）：
光學顯微鏡和電子顯微鏡的區(qū)別是什么呢？
唐涌耀（嘉賓）：
主要是分辨率的區(qū)別，學校里很多使用光學顯微鏡去看生物結構，光學顯微鏡只能觀察顯微結構，如細胞、葉綠體等；而電子顯微鏡能夠觀察到亞微米以下的微觀結構及形貌，即可以看見細胞器的結構以及病毒、細菌等。半導體工作使用透射電子顯微鏡，通過高能電子束打到樣品上進行微觀成像，分辨率非常高，可以分辨幾納米，甚至到亞納米級別。
? ? ? ? ? ??
ThermoFisher TEM 賽默飛掃描 / 透射電子顯微鏡，型號 Metrios DX（圖片來源：ThermoFIsher）
?
FinFET TEM 圖片（圖片來源：ThermoFisher）
?
幻實（主播）：
比光學顯微鏡又深了一個層次？價格怎樣？
唐涌耀（嘉賓）：
是的。半導體芯片檢測總歸是基于材料的，材料都是由原子組成的，而透射電子顯微鏡就可以看到原子級別，用這些分析設備的話就可以進行檢測分析。價格基于配置，價位不低。
幻實（主播）：
更好的配置，性能可以獲得怎樣的提升？
唐涌耀（嘉賓）：
檢測要求在提高，圖像分辨率要求也在提高。透射電子顯微鏡我們稱為 TEM 穿透式顯微鏡，已經是材料學上極為有效的工具，能夠獲取高分辨率。不僅是芯片產業(yè)，手機面板等其它行業(yè)現(xiàn)在也對分辨率有更高的需求。?
人才融合，技術進步，發(fā)展空間大
幻實（主播）：
國內半導失效分析領域發(fā)展狀況怎樣？
唐涌耀（嘉賓）：
近年來國家對科技很重視，從 2016 年開始大力發(fā)展半導體產業(yè)鏈，現(xiàn)在隊伍越來越大，從技術角度來講，我們部分領域跟世界一些先進技術的差距越來越小，大量的人才從歐美、韓國、中國臺灣地區(qū)引進到大陸,本土的一些技術人員，技術能力也隨之越來越強。這是我十幾年來，特別是 2010 年以后，看到的最明顯的進步，是一個很好的現(xiàn)象。這個領域發(fā)展的越來越好，越來越成熟了。
幻實（主播）：
也就是說同行者越來越多了，您是怎么走上了這條路？為什么把它作為職業(yè)發(fā)展的方向？
唐涌耀（嘉賓）：
是的，就 FA 領域，圈子比較小，現(xiàn)在去參加一些 conference 也好，會議也好，碰到的人可能都是認識的，也會有新人不斷地補充進來，但大家都是經常接觸的，圈子的里人都比較熟悉。總體來說圈子還是相對較小，所以專業(yè)性比較強。
畢業(yè)之后，我加入半導體制造公司，當時就進入了 FA 的團隊，對這個工作的我覺得還是很感興趣的。因為在學校里面學的也是微電子和材料物理這方面，也是屬于專業(yè)對口吧，這一行對于我來說可能還有一種祖國情懷，做著做著就做了十幾年。有很多原先在這個領域的朋友，現(xiàn)在都已經不做 FA 了，做這么長時間的 FA 確實比較少。
幻實（主播）：
這個領域前景如何？
唐涌耀（嘉賓）：
確實我們起步也比較晚，相對于一些先進的技術的差距也比較大，很多方面尤其是芯片制造這塊的設備也好，材料也好，大部分都是從國外引進。當然現(xiàn)在差距在不斷地縮小，還有很大的發(fā)展空間。
目前國家在大力推動科技發(fā)展，我覺得對于我國未來這一領域的發(fā)展，我還是很看好的。
幻實（主播）：
之后的重點您認為是什么呢？
唐涌耀（嘉賓）：
其實最關鍵的還是人才的培養(yǎng)和沉淀。我覺得對 FA 的話，其實在整個半導體的發(fā)展里面扮演的是檢測和服務這樣一個角色，能讓整個產業(yè)鏈質量更高，產品更加可靠。這次很高興國家能夠大力的發(fā)展這個行業(yè)，我覺得未來肯定會越來越好，發(fā)展速度會越來越快。
幻實說
一般來說，集成電路在研制、生產和使用過程中失效不可避免，產業(yè)鏈上的失效會對企業(yè)造成大量的損失，客戶手中的失效會影響到用戶體驗，甚至造成生命危險。隨著人們對產品質量和可靠性要求的不斷提高，失效分析工作也顯得越來越重要。失效分析工程師像醫(yī)生一樣，研究失效芯片，開出解決問題的良方。隨著制作工藝的提升，5nm 時代的到來，相信企業(yè)也會對產品質量愈發(fā)重視，失效分析會有更大的需求，失效分析工程師會有更大的前景和挑戰(zhàn)，也希望有更多的人才加入到芯片醫(yī)生的隊伍。
硬知識加油站
1. 失效分析:
一門發(fā)展中的新興學科，針對失效產品進行研究，找出失效原因，提高產品質量和工藝水平。
2.“909 工程”:
1996 年，我國集成電路發(fā)展嚴重落后，國家對建設超大規(guī)模集成電路芯片生產線的項目正式立項，俗稱的“909 工程”，此后，上海華虹微電子與日本 NEC 公司合作，組建了上海華虹 NEC 作為該工程的主要承擔者。
3. 亞顯微結構:
指在光學顯微鏡下不能分別清楚細胞結構，電子顯微鏡可以的微細結構。
4. 透射電子顯微鏡:
可以看到在光學顯微鏡下無法看清的小于 0.2um 的細微結構，這些結構稱為亞顯微結構或超微結構。TEM 穿透式顯微鏡可達 0.2nm。
