芯片制造工藝與芯片測(cè)試

芯片的制造工藝1 IC產(chǎn)業(yè)鏈2Wafer的加工過程3 IC的封裝過程4芯片的測(cè)試芯片工藝制造小結(jié)8/15/20241一、IC產(chǎn)業(yè)鏈IC應(yīng)用硅片掩膜半導(dǎo)體設(shè)備材料廠商IP/設(shè)計(jì)服務(wù)IC設(shè)計(jì)ICIC掩膜數(shù)據(jù)用戶需求WaferCPWafer加工封裝Test交貨成品中測(cè)8/15/20242半導(dǎo)體圓柱單晶硅的生長(zhǎng)過程制備Wafer8/15/20243二、Wafer加工過程8/15/20244光刻

Photolithography8/15/202451.Waferprepare,deepNwelllithoandimpl.DeepNwell二、Wafer加工過程8/15/20246DeepNwell二、Wafer加工過程2.Padoxide,nitridedeposit,diffusionlitho,trenchetch8/15/20247DeepNwell3.Trenchoxide,litho,etchandCMP;Nitrideremoveandsacoxide二、Wafer加工過程8/15/20248DeepNwell4.Pwelllitho,impl.,VTNimpl.二、Wafer加工過程8/15/20249DeepNwell5.Nwelllitho,impl.;VTPphoto,impl.二、Wafer加工過程8/15/202410DeepNwell二、Wafer加工過程6.Sacoxideremove,gate1oxideandlitho,gate2oxide8/15/202411DeepNwell7.Polydeposit,litho,andetch;NLDDphotoandimpl.;PLDDphotoandimpl.;Spacerdep.andetch二、Wafer加工過程8/15/202412DeepNwell8.N+S/Dphotoandimpl.;P+S/Dphotoandimpl.二、Wafer加工過程8/15/202413DeepNwell二、Wafer加工過程9.RPOdeposit,photoandetch;Salicideformation8/15/202414DeepNwell二、Wafer加工過程10.ILDdep.andCMP8/15/202415DeepNwell二、Wafer加工過程11.Contphotoandetch;Wdep.andCMP8/15/202416DeepNwell二、Wafer加工過程12.Met1dep.,photoandetch8/15/202417DeepNwell二、Wafer加工過程13.Via1,Met2,Via2,Met3,Via3,Met4,CTM4,Via4,TME8/15/202418DeepNwell二、Wafer加工過程14.Passivationdep.,photo,andetch;Alloy8/15/2024198/15/202420

封裝流程三、IC封裝過程8/15/202421

BACKGRINDING

晶圓背面研磨WAFER…WAFERTRUCKTABLEGRINDINGWHEEL三、IC封裝過程8/15/202422WAFER

WAFERSAW

晶圓切割WAFERMOUNTBLUETAPEDIESAWLADE劃片三、IC封裝過程8/15/202423DieBond(DieAttach)上片BONDHEADEPOXYSUBSTRATEEPOXYCURE(DIEBONDCURE)三、IC封裝過程8/15/202424WireBond

GOLDWIRECAPILLARYDIEPADFINGER(INNERLEAD)三、IC封裝過程8/15/202425CompoundMoldchaseMoldingGateinsertRunnerTopcullblockCavityTopchaseAirventCompound

Pot

PlungerSubstrate

BottomcullblockBottomchase三、IC封裝過程8/15/202426MarkingINKMARKLASERMARKSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUN三、IC封裝過程8/15/202427BallAttachFLUXFLUXPRINTINGBALLATTACHTOOLBALLATTACHVACUUMSOLDERBALLREFLOW三、IC封裝過程8/15/202428PUNCHSingulation

ROUTERSPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SAWSINGULATION三、IC封裝過程8/15/202429封裝種類DIP雙列直插SIP單列直插PQFP塑料方型扁平式封裝BGA球柵陣列封裝

PGA針柵陣列封裝CSP芯片尺寸封裝MCM多芯片封裝8/15/2024308/15/202431四、IC的測(cè)試TESTOBJECTIVES測(cè)試目的分類DesignVerification設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試ProductionTests大生產(chǎn)測(cè)試CharacterizationTests特性分析測(cè)試FailureAnalysisTests失效分析測(cè)試TESTINGSTAGES測(cè)試階段分類WaferSortTesting晶園測(cè)試(中測(cè))PackageDeviceTesting成品測(cè)試IncomingInspectionTesting入廠篩選測(cè)試TESTITEMS測(cè)試內(nèi)容分類Per-PinTesting管腳測(cè)試ParametricTesting參數(shù)測(cè)試FunctionalTesting功能測(cè)試8/15/202432WaferProcessWaferTestBox&ShipFinalTestBurnInPackageAssemblyEconomicGateTesterFaultCoveragevs.costWaferTestvs.FinalTestQualityGateTesterFaultCoveragevs.EscapecostPackagecostProcessYield8/15/202433測(cè)試程序開發(fā)流程DeviceandTestSpecificationsDefinepinmap,testphilosophy,conditionsSelectATEandrequiredconfigDevelopDIBandinterfaceCreatetestwaveforms,testpatterns,clock/timingsolutions,

testprocedures,simulateoff-lineOn-TesterdebugRepeatability,correlation,andtesttimeoptimizationTestprogramreleasetoProduction?8/15/202434芯片工藝過程小節(jié)從硅片到芯片要經(jīng)過一系列的氧化、光刻、擴(kuò)散、離子注入、生長(zhǎng)多晶硅、淀積氧化層、淀積金屬層等等50－100到工序硅片經(jīng)過一次次物理、化學(xué)過程，受到一張張掩模的約束，在硅表明形成了一個(gè)個(gè)電子器件及連線，由此構(gòu)成邏輯單元乃至整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱硅表面加工工藝芯片制造過程首先要得到的是硅表面加工工藝需要的掩模掩模制造過程是集成電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)中成本最高的環(huán)節(jié)8/15/202435芯片工藝過程小節(jié)加工工藝WafferMaskset0.18um1P6M$1600$180K0.16um1P6M$1700$260K0.152um1P6M$1800$270K90nm1P7M$6000$870K65nm1P7M$7500$1500K8/15/202436思考全面的功能驗(yàn)證、Timing分析趨近100％的測(cè)試覆蓋如何保證數(shù)以千萬的晶體管能如期協(xié)調(diào)工作？如何確保交給用戶的成品都是合格的？8/15/202437芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法學(xué)2基于語(yǔ)言描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)流程8/15/202438什么是方法學(xué)？MethodologyScienceofstudyofmethodsSetsofmethodsused(indoingsth)方法學(xué)是關(guān)于方法的科學(xué)方法學(xué)是做某事的一系列方法有別于憑經(jīng)驗(yàn)靠感覺，方法學(xué)講究建立模型推演、以精確的定量的數(shù)學(xué)方法分析8/15/202439什么是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法學(xué)？數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)設(shè)計(jì)流程方法學(xué)設(shè)計(jì)工具方法學(xué)硬件實(shí)現(xiàn)方法學(xué)8/15/202440數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程方法學(xué)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)寄存器傳輸級(jí)設(shè)計(jì)電路級(jí)設(shè)計(jì)物理級(jí)設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證成品測(cè)試8/15/202441系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)功能定義系統(tǒng)模塊劃分、使用那些IP確定設(shè)計(jì)流程、驗(yàn)證方法、測(cè)試方法系統(tǒng)類型簡(jiǎn)單分類任務(wù)管理數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)運(yùn)算借助C、SystemC、Verilog、VHDL仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，關(guān)心的是功能、性能和效率8/15/202442寄存器傳輸級(jí)設(shè)計(jì)安排寄存器設(shè)計(jì)功能邏輯設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)把模塊功能分解到每個(gè)節(jié)拍把算法轉(zhuǎn)換到電路實(shí)現(xiàn)借助硬件描述語(yǔ)言描述設(shè)計(jì)，并仿真、調(diào)試在寄存器傳輸級(jí)階段，更關(guān)心的是時(shí)序和具體運(yùn)算8/15/202443電路級(jí)設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)工具綜合產(chǎn)生綜合過程考慮的實(shí)際因素庫(kù)單元的選擇、映射元件、連線的物理延遲元件的驅(qū)動(dòng)能力及功耗綜合的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)階段與工藝無關(guān)、容易復(fù)用芯片面積、速度自動(dòng)折中，產(chǎn)品性價(jià)比高易修改、易維護(hù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力大大提高在電路級(jí)設(shè)計(jì)，更關(guān)心的是面積和功耗8/15/202444物理級(jí)設(shè)計(jì)自動(dòng)、人工交互布局、布線DRC設(shè)計(jì)規(guī)則檢查ERC電路規(guī)則檢查電路參數(shù)提取產(chǎn)生最終的版圖數(shù)據(jù)在物理級(jí)設(shè)計(jì)，更關(guān)心的是延遲對(duì)功能、性能的影響8/15/202445仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)階段的仿真驗(yàn)證驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想，找出描述錯(cuò)誤，細(xì)化硬件時(shí)序綜合后的仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)在綜合過程中由于實(shí)際延遲引起的功能錯(cuò)誤布局布線后的仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)綜合產(chǎn)生的電路網(wǎng)表在布局布線后由于實(shí)際延遲引起的功能錯(cuò)誤8/15/202446設(shè)計(jì)工具方法學(xué)仿真方法學(xué)

功能仿真、邏輯仿真、開關(guān)級(jí)仿真、電路級(jí)仿真綜合方法學(xué)綜合考慮各種因素，自動(dòng)生成硬件電路的方法時(shí)序分析方法學(xué)物理參數(shù)提取，靜態(tài)時(shí)序分析方法，噪聲分析故障測(cè)試方法學(xué)故障模型，可測(cè)試性分析，測(cè)試矢量生成，測(cè)試電路自動(dòng)插入物理實(shí)現(xiàn)方法學(xué)

ASIC、FPGA，自動(dòng)布局布線、工藝過程模擬8/15/202447硬件實(shí)現(xiàn)方法學(xué)硬件算法實(shí)現(xiàn)方法流水線結(jié)構(gòu)、脈動(dòng)結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元IP核復(fù)用軟核、固核、硬核軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件劃分之后，軟硬件同時(shí)開發(fā)CPU、BUS、FLASH、RAM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件仿真模型、開發(fā)工具SoC片上系統(tǒng)有了上述的條件，……8/15/202448傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法原理圖設(shè)計(jì)邏輯圖設(shè)計(jì)8/15/202449摩爾定律芯片的集成度，每隔18個(gè)月就翻一番

8/15/202450基于語(yǔ)言描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)流程HDLHDL仿真通過?HDL綜合功能仿真布局布線TapeoutNetlist通過?通過?仿真、靜態(tài)分析nonono8/15/202451芯片產(chǎn)品的關(guān)鍵屬性可靠性——產(chǎn)品的信譽(yù)度可測(cè)性設(shè)計(jì)、Worstcase、Bestcase考慮性能——產(chǎn)品的生命力面積、功耗功能——產(chǎn)品的存在關(guān)鍵技術(shù)的積累8/15/202452設(shè)計(jì)者經(jīng)常面對(duì)的問題功能的正確性仿真驗(yàn)證、功能覆蓋率、代碼覆蓋率、一致性檢查Timing的正確性靜態(tài)時(shí)序分析、后仿真測(cè)試覆蓋率DFT更合理、更巧妙面積、功耗、速度8/15/202453思考只有硬件的產(chǎn)品是功能單一的產(chǎn)品必須要有軟件才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能電視機(jī)vs

計(jì)算機(jī)電話機(jī)vs

手機(jī)8/15/202454軟件架構(gòu)RTOSDiagnosticsDriversHAL)MN(Call,CB,SS,SMS,GPRS)Layer3Layer1Layer2MultimediaAudio/VideoCallSMSCBSSSPBGame….ATCMIDIMP3MPEG4H.263EnginesDigitalCameraDAL（LCD,KPD,CHR）FS,AUDIO,VIDEO,MultimediaEnginesOSAOtherapplicationMMIKernal/GUI其他應(yīng)用，e.g.wap,java,MMS,etc.8/15/202455文件系統(tǒng)的基本框架圖其他線程用戶接口層文件系統(tǒng)線程消息隊(duì)列文件系統(tǒng)管理層虛擬設(shè)備層物理設(shè)備層用戶接口層提供文件操作API，把相應(yīng)的操作請(qǐng)求發(fā)送給文件系統(tǒng)管理層，完成阻塞或非阻塞調(diào)用該層提供文件系統(tǒng)空間管理，存取控制，讀寫操作。該層作為一個(gè)線程運(yùn)行，處理IO請(qǐng)求該層提供文件系統(tǒng)空間管理，存取控制，讀寫操作。該層作為一個(gè)線程運(yùn)行，處理IO請(qǐng)求該層提供對(duì)實(shí)際的物理設(shè)備安全的讀寫、擦除等操作8/15/202456思考芯片上的軟硬件都齊全了，可以銷售了嗎？用戶如何開發(fā)自己的應(yīng)用程序？用戶拿到芯片后如何使用，遇到問題如何解決？周密細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持（FAE）EVB板——公司軟件開發(fā)和芯片功能測(cè)試環(huán)境DVB板——提供給用戶的軟件開發(fā)環(huán)境8/15/202457總之展訊的產(chǎn)品中凝聚