芯片制造工艺与芯片测试

芯片制造工艺与芯片测试展讯通信–人力资源部–培训与发展组2019/8/192芯片的制造工艺1IC产业链2Wafer的加工过程3IC的封装过程4芯片的测试芯片工艺制造小结2019/8/193一、IC产业链IC应用硅片掩膜半导体设备材料厂商IP/设计服务IC设计ICIC掩膜数据用户需求WaferCPWafer加工封装Test交货成品中测2019/8/194•半导体圆柱单晶硅的生长过程制备Wafer2019/8/195成膜清洗与干燥光蚀刻热处理化学机械研磨（CMP）外观及性能测试杂质添加蚀刻二、Wafer加工过程2019/8/196光刻Photolithography2019/8/1971.Waferprepare,deepNwelllithoandimpl.DeepNwell二、Wafer加工过程2019/8/198DeepNwell二、Wafer加工过程2.Padoxide,nitridedeposit,diffusionlitho,trenchetch2019/8/199DeepNwell3.Trenchoxide,litho,etchandCMP;Nitrideremoveandsacoxide二、Wafer加工过程2019/8/1910DeepNwell4.Pwelllitho,impl.,VTNimpl.二、Wafer加工过程2019/8/1911DeepNwell5.Nwelllitho,impl.;VTPphoto,impl.二、Wafer加工过程2019/8/1912DeepNwell二、Wafer加工过程6.Sacoxideremove,gate1oxideandlitho,gate2oxide2019/8/1913DeepNwell7.Polydeposit,litho,andetch;NLDDphotoandimpl.;PLDDphotoandimpl.;Spacerdep.andetch二、Wafer加工过程2019/8/1914DeepNwell8.N+S/Dphotoandimpl.;P+S/Dphotoandimpl.二、Wafer加工过程2019/8/1915DeepNwell二、Wafer加工过程9.RPOdeposit,photoandetch;Salicideformation2019/8/1916DeepNwell二、Wafer加工过程10.ILDdep.andCMP2019/8/1917DeepNwell二、Wafer加工过程11.Contphotoandetch;Wdep.andCMP2019/8/1918DeepNwell二、Wafer加工过程12.Met1dep.,photoandetch2019/8/1919DeepNwell二、Wafer加工过程13.Via1,Met2,Via2,Met3,Via3,Met4,CTM4,Via4,TME2019/8/1920DeepNwell二、Wafer加工过程14.Passivationdep.,photo,andetch;Alloy2019/8/19212019/8/1922FRONTEND前线WAFERSAW晶圆切割BACKGRINDING晶圆背面研磨DIEBOND上片WIREBOND焊线封装流程BACKEND后线Marking印字MOLDING塑封(压模)BALLATTACH植球SINGULATION分离成型PLATING电镀TRIM/FORM切筋成型LEADSCAN/FVI外观检查三、IC封装过程2019/8/1923BACKGRINDING晶圆背面研磨WAFER…WAFERTRUCKTABLEGRINDINGWHEEL三、IC封装过程2019/8/1924WAFERWAFERSAW晶圆切割WAFERMOUNTBLUETAPEDIESAWLADE划片三、IC封装过程2019/8/1925DieBond(DieAttach)上片BONDHEADEPOXYSUBSTRATEEPOXYCURE(DIEBONDCURE)三、IC封装过程2019/8/1926WireBondGOLDWIRECAPILLARYDIEPADFINGER(INNERLEAD)三、IC封装过程2019/8/1927CompoundMoldchaseMoldingGateinsertRunnerTopcullblockCavityTopchaseAirventCompoundPotPlungerSubstrateBottomcullblockBottomchase三、IC封装过程2019/8/1928MarkingINKMARKLASERMARKSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUN三、IC封装过程2019/8/1929BallAttachFLUXFLUXPRINTINGBALLATTACHTOOLBALLATTACHVACUUMSOLDERBALLREFLOW三、IC封装过程2019/8/1930PUNCHSingulationROUTERSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSAWSINGULATION三、IC封装过程2019/8/1931封装种类•DIP双列直插•SIP单列直插•PQFP塑料方型扁平式封装•BGA球栅阵列封装•PGA针栅阵列封装•CSP芯片尺寸封装•MCM多芯片封装2019/8/19322019/8/1933四、IC的测试•TESTOBJECTIVES测试目的分类–DesignVerification设计验证测试–ProductionTests大生产测试–CharacterizationTests特性分析测试–FailureAnalysisTests失效分析测试TESTINGSTAGES测试阶段分类–WaferSortTesting晶园测试(中测)–PackageDeviceTesting成品测试–IncomingInspectionTesting入厂筛选测试TESTITEMS测试内容分类–Per-PinTesting管脚测试–ParametricTesting参数测试–FunctionalTesting功能测试2019/8/1934WaferProcessWaferTestBox&ShipFinalTestBurnInPackageAssembly•EconomicGate•TesterFaultCoveragevs.costWaferTestvs.FinalTest•QualityGate•TesterFaultCoveragevs.EscapecostPackagecostProcessYield2019/8/1935测试程序开发流程DeviceandTestSpecificationsDefinepinmap,testphilosophy,conditionsSelectATEandrequiredconfigDevelopDIBandinterfaceCreatetestwaveforms,testpatterns,clock/timingsolutions,testprocedures,simulateoff-lineOn-TesterdebugRepeatability,correlation,andtesttimeoptimizationTestprogramreleasetoProduction?2019/8/1936芯片工艺过程小节•从硅片到芯片要经过一系列的氧化、光刻、扩散、离子注入、生长多晶硅、淀积氧化层、淀积金属层等等50－100到工序•硅片经过一次次物理、化学过程，受到一张张掩模的约束，在硅表明形成了一个个电子器件及连线，由此构成逻辑单元乃至整个系统•简称硅表面加工工艺•芯片制造过程首先要得到的是硅表面加工工艺需要的掩模•掩模制造过程是集成电路设计生产中成本最高的环节2019/8/1937芯片工艺过程小节加工工艺WafferMaskset0.18um1P6M$1600$180K0.16um1P6M$1700$260K0.152um1P6M$1800$270K90nm1P7M$6000$870K65nm1P7M$7500$1500K2019/8/1938思考•全面的功能验证、Timing分析•趋近100％的测试覆盖•如何保证数以千万的晶体管能如期协调工作？•如何确保交给用户的成品都是合格的？2019/8/1939芯片的设计研发1数字系统设计的方法学2基于语言描述语言的设计流程2019/8/1940什么是方法学？•Methodology–Scienceofstudyofmethods–Setsofmethodsused(indoingsth)•方法学是关于方法的科学•方法学是做某事的一系列方法•有别于凭经验靠感觉，方法学讲究建立模型推演、以精确的定量的数学方法分析2019/8/1941什么是数字系统设计的方法学？•数字系统设计方法学–设计流程方法学–设计工具方法学–硬件实现方法学2019/8/1942数字系统设计流程方法学•系统级设计•寄存器传输级设计•电路级设计•物理级设计•仿真验证•成品测试2019/8/1943系统级设计•系统需求分析•系统功能定义•系统模块划分、使用那些IP•确定设计流程、验证方法、测试方法•系统类型简单分类–任务管理–数据处理–数学运算•借助C、SystemC、Verilog、VHDL仿真•在系统设计阶段，关心的是功能、性能和效率2019/8/1944寄存器传输级设计•安排寄存器•设计功能逻辑•设计状态机•把模块功能分解到每个节拍•把算法转换到电路实现•借助硬件描述语言描述设计，并仿真、调试•在寄存器传输级阶段，更关心的是时序和具体运算2019/8/1945电路级设计•由计算机工具综合产生•综合过程考虑的实际因素–库单元的选择、映射–元件、连线的物理延迟–元件的驱动能力及功耗•综合的优点–设计阶段与工艺无关、容易复用–芯片面积、速度自动折中，产品性价比高–易修改、易维护，系统设计能力大大提高•在电路级设计，更关心的是面积和功耗2019/8/1946物理级设计•自动、人工交互布局、布线•DRC设计规则检查•ERC电路规则检查•电路参数提取•产生最终的版图数据•在物理级设计，更关心的是延迟对功能、性能的影响2019/8/1947仿真验证•设计阶段的仿真验证–验证设计思想，找出描述错误，细化硬件时序•综合后的仿真验证–发现硬件设计在综合过程中由于实际延迟引起的功能错误•布局布线后的仿真验证–发现综合产生的电路网表在布局布线后由于实际延迟引起的功能错误2019/8/1948设计工具方法学•仿真方法学功能仿真、逻辑仿真、开关级仿真、电路级仿真•综合方法学综合考虑各种因素，自动生成硬件电路的方法•时序分析方法学物理参数提取，静态时序分析方法，噪声分析•故障测试方法学故障模型，可测试性分析，测试矢量生成，测试电路自动插入•物理实现方法学ASIC、FPGA，自动布局布线、工艺过程模拟2019/8/1949硬件实现方法学•硬件算法实现方法流水线结构、脉动结构、神经元•IP核复用软核、固核、硬核•软硬件协同设计系统软硬件划分之后，软硬件同时开发•CPU、BUS、FLASH、RAM标准构件仿真模型、开发工具•SoC片上系统有了上述的条件，……2019/8/1950传统的设计方法原理图设计逻辑图设计2019/8/1951摩尔定律•芯片的集成度，每隔18个月就翻一番2019/8/1952基于语言描述语言的设计流程HDLHDL仿真通过?HDL综合功能仿真布局布线TapeoutNetlist通过?通过?仿真、静态分析nonono2019/8/1953芯片产品的关键属性•可靠性——产品的信誉度–可测性设计、Worstcase、Bestcase考