芯片制造工艺与芯片测试

芯片的制造工艺1 IC产业链2Wafer的加工过程3 IC的封装过程4芯片的测试芯片工艺制造小结8/15/20241一、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8/15/20242半导体圆柱单晶硅的生长过程制备Wafer8/15/20243二、Wafer加工过程8/15/20244光刻

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

封装流程三、IC封装过程8/15/202421

BACKGRINDING

晶圆背面研磨WAFER…WAFERTRUCKTABLEGRINDINGWHEEL三、IC封装过程8/15/202422WAFER

WAFERSAW

晶圆切割WAFERMOUNTBLUETAPEDIESAWLADE划片三、IC封装过程8/15/202423DieBond(DieAttach)上片BONDHEADEPOXYSUBSTRATEEPOXYCURE(DIEBONDCURE)三、IC封装过程8/15/202424WireBond

GOLDWIRECAPILLARYDIEPADFINGER(INNERLEAD)三、IC封装过程8/15/202425CompoundMoldchaseMoldingGateinsertRunnerTopcullblockCavityTopchaseAirventCompound

Pot

PlungerSubstrate

BottomcullblockBottomchase三、IC封装过程8/15/202426MarkingINKMARKLASERMARKSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUNSPREADTRUMSample20JUN三、IC封装过程8/15/202427BallAttachFLUXFLUXPRINTINGBALLATTACHTOOLBALLATTACHVACUUMSOLDERBALLREFLOW三、IC封装过程8/15/202428PUNCHSingulation

ROUTERSPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SPREADTRUMSample20JUN

SAWSINGULATION三、IC封装过程8/15/202429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8/15/2024308/15/202431四、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8/15/202432WaferProcessWaferTestBox&ShipFinalTestBurnInPackageAssemblyEconomicGateTesterFaultCoveragevs.costWaferTestvs.FinalTestQualityGateTesterFaultCoveragevs.EscapecostPackagecostProcessYield8/15/202433测试程序开发流程DeviceandTestSpecificationsDefinepinmap,testphilosophy,conditionsSelectATEandrequiredconfigDevelopDIBandinterfaceCreatetestwaveforms,testpatterns,clock/timingsolutions,

testprocedures,simulateoff-lineOn-TesterdebugRepeatability,correlation,andtesttimeoptimizationTestprogramreleasetoProduction?8/15/202434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8/15/202435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$1500K8/15/202436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？8/15/202437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8/15/202438什么是方法学？MethodologyScienceofstudyofmethodsSetsofmethodsused(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8/15/202439什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8/15/202440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8/15/202441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8/15/202442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8/15/202443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8/15/202444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8/15/202445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8/15/202446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8/15/202447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，……8/15/202448传统的设计方法原理图设计逻辑图设计8/15/202449摩尔定律芯片的集成度，每隔18个月就翻一番

8/15/202450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nonono8/15/202451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考虑性能——产品的生命力面积、功耗功能——产品的存在关键技术的积累8/15/202452设计者经常面对的问题功能的正确性仿真验证、功能覆盖率、代码覆盖率、一致性检查Timing的正确性静态时序分析、后仿真测试覆盖率DFT更合理、更巧妙面积、功耗、速度8/15/202453思考只有硬件的产品是功能单一的产品必须要有软件才能实现复杂功能电视机vs

计算机电话机vs

手机8/15/202454软件架构RTOSDiagnosticsDriversHAL)MN(Call,CB,SS,SMS,GPRS)Layer3Layer1Layer2MultimediaAudio/VideoCallSMSCBSSSPBGame….ATCMIDIMP3MPEG4H.263EnginesDigitalCameraDAL（LCD,KPD,CHR）FS,AUDIO,VIDEO,MultimediaEnginesOSAOtherapplicationMMIKernal/GUI其他应用，e.g.wap,java,MMS,etc.8/15/202455文件系统的基本框架图其他线程用户接口层文件系统线程消息队列文件系统管理层虚拟设备层物理设备层用户接口层提供文件操作API，把相应的操作请求发送给文件系统管理层，完成阻塞或非阻塞调用该层提供文件系统空间管理，存取控制，读写操作。该层作为一个线程运行，处理IO请求该层提供文件系统空间管理，存取控制，读写操作。该层作为一个线程运行，处理IO请求该层提供对实际的物理设备安全的读写、擦除等操作8/15/202456思考芯片上的软硬件都齐全了，可以销售了吗？用户如何开发自己的应用程序？用户拿到芯片后如何使用，遇到问题如何解决？周密细致的现场技术支持（FAE）EVB板——公司软件开发和芯片功能测试环境DVB板——提供给用户的软件开发环境8/15/202457总之展讯的产品中凝聚