ASIC芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程

ASIC芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程第1頁/共27頁主要流程框架集成電路設(shè)計(jì)與制造全過程中的主要流程框架設(shè)計(jì)芯片檢測(cè)單晶、外延材料掩膜版芯片制造過程封裝測(cè)試系統(tǒng)需求第2頁/共27頁劃分

物理域結(jié)構(gòu)域行為域系統(tǒng)級(jí)芯片/板級(jí)處理器/存儲(chǔ)器系統(tǒng)規(guī)范算法級(jí)模塊控制器算法RTL級(jí)宏單元ALU寄存器傳輸邏輯級(jí)標(biāo)準(zhǔn)單元門電路布爾等式電路級(jí)晶體管版圖晶體管晶體管函數(shù)第3頁/共27頁劃分

第4頁/共27頁ASIC設(shè)計(jì)流程ASIC項(xiàng)目的主要步驟包括：預(yù)研階段；頂層設(shè)計(jì)階段；模塊級(jí)設(shè)計(jì)階段；模塊實(shí)現(xiàn)階段；子系統(tǒng)仿真階段；系統(tǒng)仿真，綜合和版圖設(shè)計(jì)前門級(jí)仿真階段；后端版面設(shè)計(jì)階段；測(cè)試向量準(zhǔn)備階段；后端仿真階段；生產(chǎn)簽字；硅片測(cè)試階段。第5頁/共27頁ASIC開發(fā)流程中各步驟第6頁/共27頁傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程第7頁/共27頁設(shè)計(jì)的一般步驟結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性編碼HDL中的RTL編碼為包含存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)插入DFTmemoryBIST為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能，進(jìn)行詳盡的動(dòng)態(tài)仿真實(shí)際環(huán)境設(shè)置，包括將使用的工藝庫(kù)及其他環(huán)境屬性使用DesignCompiler工具對(duì)具有掃描插入的設(shè)計(jì)進(jìn)行約束和綜合設(shè)計(jì)使用DesignCompiler的內(nèi)建靜態(tài)時(shí)序分析機(jī)進(jìn)行模塊級(jí)靜態(tài)時(shí)序分析設(shè)計(jì)的形式驗(yàn)證，使用Formality將TRL和綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行對(duì)比使用PrimeTime進(jìn)行整個(gè)設(shè)計(jì)布圖前的靜態(tài)時(shí)序分析第8頁/共27頁設(shè)計(jì)的一般步驟(2)對(duì)布圖工具進(jìn)行時(shí)序約束的前標(biāo)注11)具有時(shí)序驅(qū)動(dòng)單元布局，時(shí)鐘樹插入和全局布線的初始布局劃分將時(shí)鐘樹轉(zhuǎn)換到駐留在DesignCompiler中原始設(shè)計(jì)（網(wǎng)表）在DesignCompiler中進(jìn)行設(shè)計(jì)的布局優(yōu)化使用Formality在綜合網(wǎng)表和時(shí)鐘樹插入的網(wǎng)表之間進(jìn)行形式驗(yàn)證在全局布線后（11步）從版圖提取估計(jì)的延時(shí)從全局布線得到的估計(jì)時(shí)間數(shù)據(jù)反標(biāo)注到PrimeTime使用在全局布線后提取的估計(jì)延時(shí)數(shù)據(jù)在PrimeTime在中進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析第9頁/共27頁設(shè)計(jì)的一般步驟(3)設(shè)計(jì)的詳細(xì)布局提取來自詳細(xì)布局設(shè)計(jì)的實(shí)際時(shí)間延遲實(shí)際提取時(shí)間數(shù)據(jù)反標(biāo)注到PrimeTime使用PrimeTime進(jìn)行布圖后的靜態(tài)時(shí)序分析布圖后的門級(jí)功能仿真（如果需要）在LVS（版圖對(duì)原理圖）和DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）驗(yàn)證后定案第10頁/共27頁規(guī)范和ＲＴＬ編碼

結(jié)構(gòu)規(guī)范定義了芯片的功能并劃分為一些能夠處理的模塊，電學(xué)特性規(guī)范通過時(shí)序信息定義模塊之間的關(guān)系設(shè)計(jì)可用三個(gè)抽象層次來表示：行為級(jí)，寄存器傳輸級(jí)RTL和結(jié)構(gòu)級(jí)。第11頁/共27頁動(dòng)態(tài)仿真通過仿真RTL代碼以檢查設(shè)計(jì)的功能，目前的仿真器都能夠仿真行為級(jí)及RTL級(jí)編碼第12頁/共27頁約束、綜合和掃描插入以前：手工將ＨＤＬ轉(zhuǎn)換為電路圖并描述元件間的互連來產(chǎn)生一個(gè)門級(jí)網(wǎng)表。綜合：用工具完成RTL級(jí)到門級(jí)網(wǎng)表的轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程就稱為綜合定義綜合環(huán)境的文件，詳細(xì)說明了工藝單元庫(kù)和

DC在綜合過程中使用的其它相關(guān)信息。第13頁/共27頁形式驗(yàn)證形式驗(yàn)證技術(shù)使用數(shù)學(xué)的方法來確認(rèn)一個(gè)設(shè)計(jì)，不考慮工藝因素，如時(shí)序，通過與參考設(shè)計(jì)的對(duì)比了檢查一個(gè)設(shè)計(jì)的邏輯功能。形式驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)仿真，形式驗(yàn)證技術(shù)通過證明兩個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能是邏輯等價(jià)的來驗(yàn)證設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)仿真只能檢查敏感路經(jīng)。形式驗(yàn)證的目標(biāo)是要驗(yàn)證RTL與RTL，門級(jí)網(wǎng)表與RTL代碼，兩個(gè)門級(jí)網(wǎng)表之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否正確第14頁/共27頁靜態(tài)時(shí)序分析在整個(gè)設(shè)計(jì)中，靜態(tài)時(shí)序分析是最重要的步驟，一個(gè)迭代過程。靜態(tài)時(shí)序分析充許用戶詳細(xì)分析設(shè)計(jì)的所有關(guān)鍵路經(jīng)并給出一個(gè)有條理的報(bào)告。對(duì)布圖前后的門級(jí)網(wǎng)表進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析，在布圖前，PrimeTime使用由庫(kù)指定的線載模型估計(jì)線網(wǎng)延時(shí)。如果所有關(guān)鍵路徑的時(shí)序是可以接受的，則由PrimeTime或DC得到一個(gè)約束文件，目的是為了預(yù)標(biāo)注到布圖工具。在布圖后，實(shí)際提取的延遲被反標(biāo)注到PrimeTime以提供真實(shí)的延遲計(jì)算。第15頁/共27頁布局、布線和驗(yàn)證布圖工具完成布局和布線。布圖規(guī)劃包括單元的布局和時(shí)種樹的綜合，在步圖工具中完成。布線一般有兩步，全局布線和詳細(xì)布線。第16頁/共27頁ASIC芯片生產(chǎn)ASIC芯片設(shè)計(jì)開發(fā)內(nèi)容第17頁/共27頁CYIT提供如下文件:GDSII文件，物理驗(yàn)證環(huán)境，物理驗(yàn)證報(bào)告生產(chǎn)廠家進(jìn)行Merg生產(chǎn)廠家提供物理驗(yàn)證報(bào)告CYIT確認(rèn)和eviewjob設(shè)計(jì)與生產(chǎn)接口生產(chǎn)資料確認(rèn)過程第18頁/共27頁制造一塊IC芯片通常需要400到500道工序。但是概括起來說，它一般分為兩大部分：前道工序（front-endproduction）和后道工序（back-endproduction）。[1]前道工序(1)將粗糙的硅礦石轉(zhuǎn)變成高純度的單晶硅。(2)在wafer上制造各種IC元件。(3)測(cè)試wafer上的IC芯片[2]后道工序(1)對(duì)wafer劃片（進(jìn)行切割）(2)對(duì)IC芯片進(jìn)行封裝和測(cè)試生產(chǎn)過程第19頁/共27頁<第一步>硅棒的拉伸將多晶硅熔解在石英爐中，然后依靠一根石英棒慢慢的拉出純凈的單晶硅棒。<第二步>切割單晶硅棒用金剛石刀把單晶硅棒切成一定的厚度形成WAFER（晶片、圓片）。注：一片wafer上可以生產(chǎn)出很多顆裸芯片（die）,一般都上千顆前道工序第20頁/共27頁前道工序<第三步>拋光WAFERWAFER的表面被拋光成鏡面。<第四步>氧化WAFER表面WAFER放在900度——1100度的氧化爐中，并通入純凈的氧氣，在WAFER表面形成氧化硅。第21頁/共27頁<第五步>覆上光刻膠通過旋轉(zhuǎn)離心力，均勻地在WAFER表面覆上一層光刻膠。

<第六步>在WAFER表面形成圖案通過光學(xué)掩模板和曝光技術(shù)在WAFER表面形成圖案。

<第七步>蝕刻使用蝕刻來移除相應(yīng)的氧化層。<第八步>氧化、擴(kuò)散、CVD和注入離子對(duì)WAFER注入離子（磷、硼），然后進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，形成各種集成器件。

<第九步>磨平（CMP）將WAFER表面磨平。前道工序第22頁/共27頁前道工序<第十步>形成電極把鋁注入WAFER表面的相應(yīng)位置，形成電極。<第十一步>WAFER測(cè)試對(duì)WAFER進(jìn)行測(cè)試，把不合格的芯片標(biāo)記出來。注：此階段的測(cè)試主要有兩種WAT和CP：CP：circuitprobe，也叫中測(cè)，測(cè)試項(xiàng)目主要針對(duì)器件功能，目的是在封裝前將不良品進(jìn)行標(biāo)記便于剔除。Wafer級(jí)，由CYIT主導(dǎo)WAT：waferacceptancetest，測(cè)試項(xiàng)目主要針對(duì)的不是功能器件，而是一些表征工藝結(jié)果的量，用來監(jiān)控制程中的工藝執(zhí)行情況。Wafer級(jí)，由芯片生產(chǎn)廠自測(cè)第23頁/共27頁<第十二步>切割WAFER把芯片從WAFER上切割下來。形成一顆顆die<第十三步>固定芯片把芯片安置在特定的FRAME上后道工序第24頁/共27頁<第十三步>連接管腳用25微米的純金線將芯片和FRAME上的引腳連接起來。<第十三步>封裝用陶瓷或樹脂對(duì)芯片進(jìn)行封裝。后道工序第25頁/共27頁<第十六步>修正和定型（分離和鑄型）把芯片和FRAME導(dǎo)線分離，使芯片外部的導(dǎo)線形成一定的形狀。<第十七步>老化（溫度電壓）測(cè)試在提高環(huán)境溫度和芯片工作電壓的情況下模擬芯片的老化過程，以去除發(fā)生早期故障的產(chǎn)品<第十八步>成品檢測(cè)及可靠性測(cè)試進(jìn)行電氣特性檢測(cè)以去除不合格的芯