IC设计与制造流程

11IC设计与制造流程目录2→IC基础知识→什么叫集成电路集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。一般在行业中简称”IC”晶体管电阻器电容器单晶硅片成品芯片3→IC的分类→集成电路的种类按其制作工艺按集成度高低按导电类型按其功能模拟集成电路数字集成电路双极型集成电路单极型集成电路小规模中规模大规模超大规模半导体集成电路膜集成电路混合集成电路4Ø模拟集成电路：主要是针对模拟信号处理的模块。如：话筒里的声音信号，电视信号和VCD输出的图象信号、温度采集的模拟信号和其它模拟量的信号处理的集成模块。Ø数字集成电路：主要是针对数字信号处理的模块。如：计算机里的2近制、8近制、10近制、16近制的数据进行处理的集成模块。→IC基础知识两者最主要的区别是：模拟集成电路信号是连续的，数字集成电路信号是非连续的。5双极型和单极型的区别Ø双极型集成电路是:由NPN或PNP型晶体管组成。由于电路中载流子有电子和空穴两种极性，因此取名为双极型集成电路，就是人们平时说的TTL集成电路。Ø单极型集成电路是:由MOS场效应晶体管组成的。因场效应晶体管只有多数载流子参加导电，故称场效应晶体管为单极型晶体管，由这种单极晶体管组成的集成电路就得名为单极型集成电路，就是平时说的MOS集成电路。→IC基础知识6Ø小规模集成电路：一般每片上的集成度小于十个逻辑门个数（或含元件数少于一百个）。Ø中规模集成电路：一般每片上的集成度在十至一百个门电路之间(或在一百至一千个元件数之间)。Ø大规模集成电路：一般每片上的集成度在一百个门电路以上(或一千个元件以上)。Ø超大规模集成电路：一般每片上的集成度达一万个门电路(或十万个元件以上)。→IC基础知识7Ø薄膜集成电路:在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并在其上组装上分立的微型元件、器件,再外加封装而成.Ø厚膜集成电路:在同一基片上用丝网印刷、烧结等厚膜工艺制作无源网络，并在其上组装分立的微型元件、器件，再外加封装而成。Ø注：两者之间最大的区别是制作工艺的不同。厚膜电路的膜厚一般大于10μm，薄膜的膜厚小于10μm，大多处于小于1μm。Ø混合集成电路：由半导体集成工艺与薄（厚）膜工艺结合而制成的集成电路。→IC基础知识88IC设计流程介绍1系统设计Matlab/SPW/Cocentric数字电路RTL代码设计Novas数字电路RTL代码仿真VCS/NC-VerilogModelsim/SciroccoRTL代码综合设计DCUltra/Blast-RTL时序/形式/测试验证PT-Si/FormalityEncounter/DFT混合仿真MMSIM/Nanosim/ADMS模拟电路行为设计Verilog-AInputToolsFPGA/ASIC原型验证FPGAAdvantageSynplify/Amplify第三方库ＩＰ标准单元库模拟电路设计Virtuoso模拟电路仿真Hspice/Spectre/Eldo/Hsim99IC设计流程介绍2混合仿真MMSIM/Nanosim/ADMS第三方库ＩＰ标准单元库物理布局布线ICC/EncounterIC设计的物理验证Assura/Hercules/Calibre数据输出GDSII模拟电路手工布局布线Virtuoso/Laker/Zeni模拟电路物理验证Hercules/Diva/Calibre版图参数提取及后仿真Star-RCXT/Calibre/AssuraMMSIM/Nanosim/ADMS10IC全定制设计流程11IC全定制设计流程主要工具ØCadence工具Virtuoso(R)SchematicEditorVirtuoso(R)Spectre(R)circuitSimulatorVirtuoso(R)-XLLayoutEditorAssuraØSynopsys工具HspiceHsimØMentor工具CalibreEldo1212数字IC设计流程13IC数字设计流程主要工具—Synopsys工具ØGalaxy设计平台和Discovery。验证平台ØVCS编译型Verilog模拟器。ØDC逻辑综合工具.ØDFTCompiler扫描式可测性设计分析、综合和验证技术.ØPowerCompiler功耗优化能力.ØPrimeTime静态时序分析的工具.ØFormality形式验证工具。ØAstro或ICC自动布局、布线的工具.ØStar-RCXT寄生参数提取工具.ØHSPICE模拟电路仿真工具。14IC数字设计流程主要工具—Cadence工具ØNcsim(nc-verilog\nc-vhdl)逻辑仿真工具ØEncounter平台是一个综合的RTL-to-GDSII流程，面向90纳米及以下级别的复杂和低功耗设计.Encounter包括以下几个功能块：（1）硅虚拟原型(SVP)。（2）RTL实现-针对时序设计的全局综合。（3）物理综合。（4）布线和信号完整性设计。（5）纳米分析与sign-off。（6）可测性设计。（7）成品率诊断。15IC制造流程回顾16IC制造流程ØIC制造流程简介制造一块IC芯片通常需要400到500道工序。但是概括起来说，它一般分为两大部分：前道工序（front-endproduction）后道工序（back-endproduction）17IC制造流程Ø前道工序(1)将粗糙的硅矿石转变成高纯度的单晶硅。(2)在wafer上制造各种IC元件。Ø后道工序(1)对wafer的测试与划片。(2)对IC芯片进行封装和测试。18IC制造流程Ø前道生产流程：1硅棒的拉伸晶棒成長将多晶硅熔解在石英炉中，然后依靠一根石英棒慢慢的拉出纯净的单晶硅棒。19IC制造流程2切割单晶硅棒切片(Slicing)用金刚石刀把单晶硅棒切成一定的厚度形成WAFER单晶硅棒的晶向有三个方向分别为：111、110、10020IC制造流程3抛光WAFERWAFER的表面被抛光成镜面。拋光(Polishing)21IC制造流程4氧化WAFER表面WAFER放在900度——1100度的氧化炉中，并通入纯净的氧气，在WAFER表面形成氧化硅。22IC制造流程5覆上光刻胶甩胶机通过旋转离心力，均匀地在WAFER表面覆上一层光刻胶。23IC制造流程6在WAFER表面形成图案光刻示意图通过光学掩模板和曝光技术在WAFER表面形成图案。24IC制造流程7蚀刻使用蚀刻来移除相应的氧化层。25IC制造流程8氧化、扩散、CVD和注入离子对WAFER注入离子（磷、硼），然后进行高温扩散，形成各种集成器件。26IC制造流程9磨平（CMP）将WAFER表面磨平。重复5到9，在WAFER上形成所需的各类器件27IC制造流程10形成电极把铝注入WAFER表面的相应位置，形成电极。28IC制造流程11WAFER测试对WAFER进行测试，把不合格的芯片标记出来29IC制造流程12切割WAFER把芯片从WAFER上切割下来。30IC制造流程13固定芯片把芯片安置在特定的FRAME上31IC制造流程14连接管脚用25微米的纯金线将芯片和FRAME上的引脚连接起来。32IC的透视图IC制造流程33IC制造流程15封装用陶瓷或树脂对芯片进行封装。34IC制造流程16修正和定型（分离和铸型）把芯片和FRAME导线分离，使芯片外部的导线形成一定的形状。35IC制造流程17老化（温度电压）测试在提高环境温度和芯片工作电压的情况下模拟芯片的老化过程，以去除发生早期故障的产品.36IC制造流程18成品检测及可靠性测试进行电气特性检测以去除不合格的芯片成品检测：电气特性检测及外观检查。可靠性检测：实际工作环境中的测试、长期工作的寿命测试。37IC制造流程19标记在芯片上用激光打上产品名38IC测试Ø后道工序中的测试及设备在后道工序开始之前要对wafer进行功能测试，这样做可以避免对不合格的IC芯片进行封装，从而减少不必要的浪费，减少生产成本。39IC测试Ø剔除废品IC的方法：1．使用墨印器（Inker）给不合格的IC芯片上打上墨印。在后道工序中，在划片的时候丢弃被打上墨印的IC。2．也可以不用墨印器，而直接记录下出问题的IC芯片在wafer上的坐标。在后道工序中（切割wafer时）根据该坐标丢弃IC。40IC测试Ø后道测试中需要使用的设备：(1)测试系统（testsystem）：测试系统生成测试IC时所需的各种信号，并且检测IC的输出信号。根据检测的结果，测试系统判断所测的IC是否合格，并将测试的结果传输给waferprober。(2)Waferprober：waferprober将wafer从工作台上移送到测试头下面，并将探针卡上的针脚压在IC芯片上，形成良好的电气接触。Waferprober还要根据测试系统的测试结果，给不合格的IC打上墨印。41IC测试(3)探针卡（probecard）：探针卡负责测试系统与IC芯片之间的电气连接。在探针卡上有很多的探针（needle）。测试时，这些探针被压到IC芯片的电极板上，从而完成与IC芯片的电气连接。42IC测试43IC测试Ø封装测试/最终测试在完成封装测试的过程中，我们要用到的测试系统和HANDLER。44IC测试Ø测试系统到底做些什么？测试系统会向所测试的IC加上信号，然后从IC的输出端接受IC的输出信号，以判断该IC芯片是否合格。ØHANDLER到底是什么？HANDLER即是机械手，它把所要测试的IC芯片从托盘里移至测试平台上。在测试结束后，它通过接受信号，把合格与不合格的IC芯片移至相应的平台。HANDLER还能根据测试要求对IC芯片进行加热和冷却。45IC测试ØTRAY（托盘）是什么？通常在使用HANDLER把芯片放在一个TRAY中，对于各种不同形状的IC，我们相对有不同的TRAY。在测试台，HANDLER根据P/F把IC放在两个不同的TRAY中。46QUESTIONSQUESTIONSANSWERSANSWERS