芯片制造工藝與芯片測試

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芯片的測試芯片工藝制造小結8/15/20241一、IC產(chǎn)業(yè)鏈IC應用硅片掩膜半導體設備材料廠商IP/設計服務IC設計ICIC掩膜數(shù)據(jù)用戶需求WaferCPWafer加工封裝Test交貨成品中測8/15/20242半導體圓柱單晶硅的生長過程制備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的測試TESTOBJECTIVES測試目的分類DesignVerification設計驗證測試ProductionTests大生產(chǎn)測試CharacterizationTests特性分析測試FailureAnalysisTests失效分析測試TESTINGSTAGES測試階段分類WaferSortTesting晶園測試(中測)PackageDeviceTesting成品測試IncomingInspectionTesting入廠篩選測試TESTITEMS測試內(nèi)容分類Per-PinTesting管腳測試ParametricTesting參數(shù)測試FunctionalTesting功能測試8/15/202432WaferProcessWaferTestBox&ShipFinalTestBurnInPackageAssemblyEconomicGateTesterFaultCoveragevs.costWaferTestvs.FinalTestQualityGateTesterFaultCoveragevs.EscapecostPackagecostProcessYield8/15/202433測試程序開發(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、擴散、離子注入、生長多晶硅、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、化學過程，受到一張張掩模的約束，在硅表明形成了一個個電子器件及連線，由此構成邏輯單元乃至整個系統(tǒng)簡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計生產(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思考全面的功能驗證、Timing分析趨近100％的測試覆蓋如何保證數(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芯片的設計研發(fā)1 數(shù)字系統(tǒng)設計的方法學2基于語言描述語言的設計流程8/15/202438什么是方法學？MethodologyScienceofstudyofmethodsSetsofmethodsused(indoingsth)方法學是關于方法的科學方法學是做某事的一系列方法有別于憑經(jīng)驗靠感覺，方法學講究建立模型推演、以精確的定量的數(shù)學方法分析8/15/202439什么是數(shù)字系統(tǒng)設計的方法學？數(shù)字系統(tǒng)設計方法學設計流程方法學設計工具方法學硬件實現(xiàn)方法學8/15/202440數(shù)字系統(tǒng)設計流程方法學系統(tǒng)級設計寄存器傳輸級設計電路級設計物理級設計仿真驗證成品測試8/15/202441系統(tǒng)級設計系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)功能定義系統(tǒng)模塊劃分、使用那些IP確定設計流程、驗證方法、測試方法系統(tǒng)類型簡單分類任務管理數(shù)據(jù)處理數(shù)學運算借助C、SystemC、Verilog、VHDL仿真在系統(tǒng)設計階段，關心的是功能、性能和效率8/15/202442寄存器傳輸級設計安排寄存器設計功能邏輯設計狀態(tài)機把模塊功能分解到每個節(jié)拍把算法轉換到電路實現(xiàn)借助硬件描述語言描述設計，并仿真、調(diào)試在寄存器傳輸級階段，更關心的是時序和具體運算8/15/202443電路級設計由計算機工具綜合產(chǎn)生綜合過程考慮的實際因素庫單元的選擇、映射元件、連線的物理延遲元件的驅動能力及功耗綜合的優(yōu)點設計階段與工藝無關、容易復用芯片面積、速度自動折中，產(chǎn)品性價比高易修改、易維護，系統(tǒng)設計能力大大提高在電路級設計，更關心的是面積和功耗8/15/202444物理級設計自動、人工交互布局、布線DRC設計規(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)在物理級設計，更關心的是延遲對功能、性能的影響8/15/202445仿真驗證設計階段的仿真驗證驗證設計思想，找出描述錯誤，細化硬件時序綜合后的仿真驗證發(fā)現(xiàn)硬件設計在綜合過程中由于實際延遲引起的功能錯誤布局布線后的仿真驗證發(fā)現(xiàn)綜合產(chǎn)生的電路網(wǎng)表在布局布線后由于實際延遲引起的功能錯誤8/15/202446設計工具方法學仿真方法學

功能仿真、邏輯仿真、開關級仿真、電路級仿真綜合方法學綜合考慮各種因素，自動生成硬件電路的方法時序分析方法學物理參數(shù)提取，靜態(tài)時序分析方法，噪聲分析故障測試方法學故障模型，可測試性分析，測試矢量生成，測試電路自動插入物理實現(xiàn)方法學

ASIC、FPGA，自動布局布線、工藝過程模擬8/15/202447硬件實現(xiàn)方法學硬件算法實現(xiàn)方法流水線結構、脈動結構、神經(jīng)元IP核復用軟核、固核、硬核軟硬件協(xié)同設計系統(tǒng)軟硬件劃分之后，軟硬件同時開發(fā)CPU、BUS、FLASH、RAM標準構件仿真模型、開發(fā)工具SoC片上系統(tǒng)有了上述的條件，……8/15/202448傳統(tǒng)的設計方法原理圖設計邏輯圖設計8/15/202449摩爾定律芯片的集成度，每隔18個月就翻一番

8/15/202450基于語言描述語言的設計流程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)品的關鍵屬性可靠性——產(chǎn)品的信譽度可測性設計、Worstcase、Bestcase考慮性能——產(chǎn)品的生命力面積、功耗功能——產(chǎn)品的存在關鍵技術的積累8/15/202452設計者經(jīng)常面對的問題功能的正確性仿真驗證、功能覆蓋率、代碼覆蓋率、一致性檢查Timing的正確性靜態(tài)時序分析、后仿真測試覆蓋率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現(xiàn)復雜功能電視機vs

計算機電話機vs

手機8/15/202454軟件架構RTOSDiagnosticsDriversHAL)MN(Call,CB,SS,SMS,GPRS)Layer3Layer1Layer2MultimediaAudio/VideoCallSMSCBSSSPBGame….ATCMIDIMP3MPEG4H.263EnginesDigitalCameraDAL（LCD,KPD,CHR）FS,AUDIO,VIDEO,MultimediaEnginesOSAOtherapplicationMMIKernal/GUI其他應用，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)線程消息隊列文件系統(tǒng)管理層虛擬設備層物理設備層用戶接口層提供文件操作API，把相應的操作請求發(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。該層作為一個線程運行，處理IO請求該層提供文件系統(tǒng)空間管理，存取控制，讀寫操作。該層作為一個線程運行，處理IO請求該層提供對實際的物理設備安全的讀寫、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？周密細致的現(xiàn)場技術支持（FAE）EVB板——公司軟件開發(fā)和芯片功能測試環(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