集成电路制造工艺（下篇共上中下3篇）

扩散与离子注入

DiffusionandIonImplantation典型MOS工艺回顾NMOS结构NMOS典型工艺热氧化薄膜沉积光刻刻蚀注入扩散互连封装CMOS工艺光刻技术正胶负胶热氧化一、扩散向硅中引入杂质的重要方法之一，用于控制主要载流子类型、浓度，进而控制导电率。主要介绍：扩散的基本原理、扩散层的片电阻、扩散层深度的测量，以及物理扩散系统。1、扩散过程替位扩散：杂质沿着晶格运动必须有空位存在间隙扩散：杂质通过晶格位之间的间隙运动扩散速度快于替位扩散扩散过程难以控制2、扩散的数学描述Fick第一定律D为扩散系数描述扩散粒子的空间分布Fick第二定律描述扩散粒子的时间分布3、两种扩散方式恒定源扩散有限源扩散4、扩散系数扩散系数的对数与温度的倒数成正比，即满足Arrhenius关系左图为替位扩散粒子的扩散系数右图为间隙扩散粒子的扩散系数常见杂质的扩散系数例：计算硼在1100oC下的扩散系数：D=10.5exp[-(3.69/8.61410-51373)]=2.9610-13cm2/sec5、固溶极限在一定温度下，硅能够容纳的杂质有一个上限，被称为固溶极限。只有一小部分杂质对电子和空穴有贡献，被称为“电活性”杂质。如图中虚线所示6、PN结的形成与特征纵向扩散与结的形成大多数的扩散过程，是为了将p型材料转变成为n型从而形成pn结扩散杂质浓度与背景浓度相等的点称为“冶金结深”，此处净杂质浓度为零。杂质浓度与电阻率横向扩散在纵向扩散的同时，会发生横向扩散纵、横向扩散比效应耦合器件扩散掩模的设计扩散结深的测量Groove-and-stain法沟槽与着色法扩散结深的测量Angle-lap斜角研磨法角度介于1~5o7、片电阻由于电阻是扩散深度的函数，为了描述方便，引入一个新的参数：片电阻，来描述扩散层的电阻特性：电阻率与厚度的比（W/□）-方阻。各种图形的方阻方阻的测量四点探针法四点探针法的矫正系数曲线a用于校正硅片厚度较大的情形曲线b用于校正硅片直径较小的情形8、扩散系统常用旋涂方法将液态源施加在硅片表面，但是均匀性差固态扩散源液态扩散源气态扩散源9、硼、磷、砷、锑的扩散硼元素硼的扩散系数极低，所以常用氧化硼与硅的反应来提供硼扩散源：三甲基硼（(CH3O)3B）、氮化硼为常用的固态源溴化硼为常用的液态源二硼烷B2H6为常用的气态源除了氧化硼外，其它硼源均先与氧反应形成氧化硼，再于硅反应扩散磷的扩散磷的扩散也是通过氧化磷与硅的反应实现的：固态源单磷酸铵(NH4H2PO4)二磷酸铵((NH4)2H2PO4)液态源氧氯酸磷(POCl3)气态源磷烷PH3除了氧化磷外，其它磷源均先与氧反应形成氧化磷，再于硅反应扩散砷、锑的扩散As砷在硅中具有最高的溶解度，但是其高挥发性造成其扩散控制困难，故通常用离子注入法。Sb锑在硅中的扩散系数较低可以使用液态的五氯化锑作为扩散源气体扩散源的毒性二、离子注入离子注入已经成为向硅片中引入杂质的主要方法。离子注入机是一个高压粒子加速器，利用高能粒子向硅片内部的穿透对硅片进行掺杂。1、离子注入机离子源：25kV，可以利用气态源，或者利用固态源溅射产生所需要的离子；质谱仪：利用磁场选择所需要的离子，使其通过光栏进入主加速器；高压加速器：可以高达175keV；扫描系统：控制注入的位置、均匀性以及剂量，略微偏转可以避免中性束的入射；靶室：处于低电位端及真空环境。2、选择性注入使用掩模：氮化硅、氧化硅、光刻胶等右图为杂质在掩模中的分布3、PN结的形成4、注入时的隧道效应5、晶格损伤与热处理如果注入剂量足够大，则离子可能将硅原子从晶格位置上打出去，使得注入区变为非晶结构。因此存在一个临界注入剂量，高于此值，硅将非晶化：快速热处理恢复硅的损伤、激活掺入的杂质扩散与离子注入的简要对比扩散设备简单快速掺杂浓度高扩散浓度分布控制困难扩散掩模少难以实现选择性扩散扩散温度高表层杂质浓度最高注入低温工艺更多的杂质种类掺杂剂量控制准确可以向浅表层引入杂质设备昂贵大剂量掺杂耗时隧道效应可以通过倾斜8o角注入来避免注入损伤可以通过热处理恢复微电子封装技术第一讲：1.芯片为什么要封装2.常见的封装类型集成电路产业构成设计制造封装测试防辐照封装作用防电磁干扰防潮防磨损和污染散热分配电信号为什么要封装电阻常用电阻的封装SMT电阻的包装形式散装（bulk）：采用塑料盒包装，每盒一万片。编带（tapeandreel）：编带包装又分为纸编带和塑料编带两种。编带的包装规格见下图。每盘5000只。编带是最常见的包装形式，特别适合贴片机装载。电容

常见电容的封装SMT电容1CHIP电容结构：片式电容通体一色，为土黄色。两端是金属可焊端。外形尺寸：0805、1206、1210、1812、1825等几种，其中1206最常用。片式电容无极性。参数识别：DDMT

单位：PF

一般容量和误差标记在外包装上

如：101J=10×101PF±5%

SMT电容2钽电容单位体积容量大。有极性的电容器,有斜坡的一端是正极。电容值标在电容体上。通常采用代码标记。

如：钽电容336K/16V=33μf/16V电感1常见电感器的封装SMT电感形状类似SMD钽电容。电感值以代码标注的形式印在元件上或标签上。读数规律：DDM±T

单位：μH

如：303K=30mH±10%

高频电感很小。无极性之分，无电压标定。二极管1常用二极管的封装SMD二极管MELF金属端接头封装负极标志，即靠近色环端是元件的负极。SOT小外形封装

SOT23、SOT89这两种外形，23，89代表元件的尺寸。这种外形的二极管很容易与三极管混淆，必须查阅元件标签。三极管1常用三极管的封装PTH集成电路的封装形式PTH（pinthroughhole）DIP封装（dualin-linepackage）SIP封装（singlein-linepackage）PGA封装（pingridarray）阵列引脚封装。IC芯片引线架导线丝铝膜外引线封装树脂塑料基板塑料封装DIP工艺导电粘胶超声键合可在较低的温度下使金属丝发生塑性变形，完成固相结合。引线键合成本较低SOIC（smalloutlineIntegratedcircuit）

小外型集成电路，也称SOP。由DIP封装演变而来，两边有引脚。有两种不同的引脚形式：SOL和SOJ。SOL

两边“鸥翼”形引脚，特点是焊接容易，工艺检测方便，但占用面积较大。SOJ

两边“J”形引脚，特点是节省PCB面积，目前集成电路采用SOJ的较多。QFP（PlasticQuadFlatPockage）方型扁平式封装技术，四边引脚的小外形，引脚“鸥翼”形。引线多，接触面积大，焊接强度较高。运输、贮存和安装中引线易折弯和损坏，影响器件的共面焊接。QFP封装尺寸为40mm×40mm，端子间距为0.4mm,端子数376QFP是目前表面贴装技术的主要代表

周边端子型封装QFP的最大问题是引脚端子的变形，难保证与印刷电路板的正常焊接，需要熟练的操作者，日本半导体用户掌握着高超的技能，处理微细引脚的多端子QFP得心应手PLCC（Plasitcleadedchipcarrier）

塑封有引线芯片载体四边有引脚，引线呈“J”形，具有一定的弹性，可缓解安装和焊接的应力，防止焊点断裂。这种封装焊在PCB上，检测焊点较困难。BGA（ballgridarray）球栅阵列引脚成球形阵列分布在底面，因此引脚数量较多且间距较大。通常BGA的安装高度低，引脚的共面性好，组装密度更高焊后检查和维修比较困难，必须使用X射线检测，才能确保焊接的可靠性。易吸潮，使用前应经过烘干处理。焊球的尺寸为0.75-0.89左右，焊球间距有40mil、50mil、60mil几种。目前的引脚数目在169-313之间。微电子封装技术的三次重大变革直插式表面贴装式芯片尺寸封装DIPSMT（SO-QFP-BGA）CSP封装技术的第一次重大变革表面贴装技术插装技术20世纪70年代中期SMT技术简介这种小型化的元器件称为：片式器件（SMC、SMD或机电元件）。将元件装配到印刷或其它基板上的工艺方法称为SMT工艺。相关的组装设备则称为SMT设备。

目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通讯类电子产品，已普遍采用SMT技术。国际上SMD器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，因此随着进间的推移，SMT技术将越来越普及。SMT有何特点

组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。

可靠性高、抗振能力强。 焊点缺陷率低。

高频特性好。减少了电磁和射频干扰。

易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。穿孔集成电路（DIP）与表面安装集成电路（PLCC）体积比较

穿孔DIP集成电路、表面安装集成电路引脚数目与重量(g)比较图

封装技术的第二次重大变革QFP贴装技术20世纪90年代初中期BGA贴装技术4、BGABallGridArray球状栅阵电极封装背面焊料微球凸点IC芯片引线架导线丝内引线封装树脂焊料微球凸点BGA基板焊料微球凸点B、球状电极的不会变形印制板C、熔融焊料的表面张力作用，具有自对准效果，实装可靠性高，返修率几乎为零A、与QFP相比，可进一步小型化、多端子化，400端子以上不太困难。D、实装操作简单，对操作人员的要求不高BGA是目前高密度表面贴装技术的主要代表

日本厂家把主要精力投向QFP端子间距精细化方面，但是未能实现0.3mm间距的多端子QFP，因为日本厂家认为BGA实装后，对中央部分的焊接部位不能观察。

美国公司的实际应用证明，BGA即使不检测焊点的质量，也比经过检测的QFP合格率高两个数量级

美国康柏公司1991年率先在微机中的ASIC采用了255针脚的PBGA，从而超过IBM公司，确保了世界第一的微机市场占有份额。封装技术的第三次重大变革CSP芯片尺寸封装技术BGA贴装技术20世纪90年代中期20世纪90年代，日本开发了一种接近于芯片尺寸的超小型封装，这种封装被称为chipsizepackage，将美国风行一时的BGA推向CSP,将成为高密度电子封装技术的主流趋势尺寸芯片封装CSPchipsizepackage裸芯片封装尺寸芯片封装概念双列直插式封装（DIP）的裸芯片面积与封装面积之比为1:80,表面贴装技术SMT中的QFP为1:7，CSP小于1:1.2CSP尺寸芯片封装原理主要考虑用尽可能少的封装材料解决电极保护问题尺寸芯片封装CSP分类1、平面栅阵端子型CSP裸芯片焊料微球凸点2、周边端子型CSPIC芯片引线架导线丝内引线封装树脂焊料微球凸点IC芯片CSPBGA基板CSP芯片尺寸封装工艺1、导电丝焊接组装技术2、倒扣组装技术1、导电丝焊接组装技术芯片芯片芯片印制板粘胶超声热压焊引线金属布线铝膜模塑树脂2、倒扣组装技术

在裸芯片上的电极上形成焊料凸点，通过钎焊将芯片以电极面朝下的倒状方式实装在多层布线板上，由于不需要从芯片向四周引出I/O端子，可布置更多的端子，互联线的长度大大缩短，减小了RC延迟，可靠性提高芯片芯片Flipship回流焊芯片树脂下填充4、CSP发展新趋势MCM组装三维封装1、MCM组装Multichipmodule芯片封装体芯片封装外壳印制板单芯片封装电路板多芯片封装电路板可大幅度减小封体积

将多个裸芯片不加封装，直接装载于同一印制板上并封装于同一壳体内，与一般单芯片封装的SMT相比，面积减小了3~6倍，重量减轻了3倍以上，由于减小了引线长度故可明显改善信号延迟、降低高频损耗IC芯片内引线封装树脂印制板绝缘胶焊料微球2、三维封装各种封装类型示意图微电子封装技术第二讲：

芯片怎么封装什么是引线键合用金属丝将芯片的I/O端（innerleadbondingpad:内侧引线端子）与对应的封装引脚或者基板上布线焊区（outerleadbondingpad:外侧引线端子）互连，实现固相焊接过程，采用加热、加压和超声能，破坏表面氧化层和污染，产生塑性变形，界面亲密接触产生电子共享和原子扩散形成焊点，键合区的焊盘金属一般为Al或者Au等，金属细丝是直径通常为20～50微米的Au、Al或者Si－Al丝。

低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片互连的主要工艺方法，用于下列封装：

·陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片

·陶瓷和塑料(CerQuadsandPQFPs) ·芯片尺寸封装(CSPs) ·板上芯片(COB)应用范围芯片互连例子采用引线键合的芯片互连两种键合焊盘球形键合楔形键合

引线键合为IC晶片与封装结构之间的电路连线中最常使用的方法。主要的引线键合技术有超音波接合（UltrasonicBonding,U/SBonding）、热压接合(ThermocompressionBonding,T/CBonding)、与热超音波接合(ThermosonicBonding,T/SBonding)等三种。三种键合（焊接、接合）方法

楔形键合其穿丝是通过楔形劈刀背面的一个小孔来实现的，金属丝与晶片键合区平面呈30～60°的角度，当楔形劈刀下降到焊盘键合区时，楔头将金属丝按在其表面，采用超声或者热声焊而完成键合。球形键合过程1、毛细管(capillary)与焊盘(bondpad)对准，把金线末端生成半径为1.5～2倍金线半径的球状突起和毛细管口贴紧。2、毛细管降下，球状突起与焊盘接触，综合压力、加热能量等使球状突起变形成为焊点形状。3、单点键合完成后，毛细管升起，金线从毛细管中抽出，随毛细管移动到第二个焊盘上方。4、当毛细管移到位后，用与焊第一点类似的技术，在衬底上形成楔形压痕。5、毛细管上升，离开衬底。到某一预定高度，金线被夹紧，毛细管继续上升。金线在最细处被拉断。6、新的球状突起在金线末端形成。一般使用电火花技术。键合过程结束。准备下一键合过程。

键合接头形貌球形键合第一键合点第二键合点楔形键合第一键合点第二键合点Assembly-WireBondingThebondpadsareconnectedtotheleadframefingersbygoldwireusingawirebonder.LeadframeDieWirebond邦定引线键合（WireBonding）键合材料金属丝材料：Au、Al和Si-Al丝；金属丝直径：数十微米至数百微米；焊接方式：按焊接能量分：热压焊、超声焊和热声焊三种。超声波：60～120kHz热压焊的键合温度：280～380ºC，键合时间：1s超声焊的键合时间：25ms，超声波振动频率：60～120kHz键合温度：70～80ºC热声焊150～200ºC，键合时间：5~20ms按键合工具的形状分：球形键合和楔形键合。材料选择键合材料要有一定的扩散常数，达到一定的焊接强度，但是不要在工作寿命内生长太多：Gold-copper键合不要用于高温应用场合。Gold－Gold键合非常可靠。Gold－Ag键合的长期高温可靠性好。Silver-Al的应用要小心。Aluminum－nickel键合在各种环境下都比较可靠。Aluminum—aluminum键合非常可靠。铜丝具有经济和在塑封过程中抗晃动的能力等优点。键合表面的Ni、Cu和Cr的使用要小心。应用－1

超细间距（60µm）QFP封装的键合

低弧度键合25µm接地键合：球/楔叠层键合应用－2应用－3超细间距楔形键合40µm间距的第一和第二键合点40µm键合弧度.短线接地，长线接引脚.复合多次键合常常用于3D/叠装的晶片键合引线键合指南第二键合接头比较球形键合接头DRAMCSP与WLCSP的封装成本与芯片成本的大致比例

WL-CSP与传统的封装方式不同在于，传统的晶片封装是先切割再封测，而封装后约比原晶片尺寸增加20%；而WL-CSP则是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才划线分割，因此，封装后的体积与IC裸芯片尺寸几乎相同，能大幅降低封装后的IC尺寸。集成电路测试与分析目录/CONTENTS010203概述CP测试FT测试集成电路成品测试（FT)03PartOne集成电路测试的基本原理测试的基本任务是生成测试输入，而测试系统的基本任务则是将测试输人应用于被测器件，并分析其输出的正确性。测试过程中，测试系统首先生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚，第二步是从被测器件的原始输出管脚采样输出回应，最后经过分析处理得到测试结果。模拟电路的测试两类测试：直流特性测试：主要包括端子电压特性、端子电流特性等交流特性测试：这些交流特性和该电路完成的特定功能密切有关，比如一块音频功放电路，其增益指标、输出功率、失真指标等都是很重要的参数模拟IC自动测试系统框图被测电路DUT（DeviceUnderTest）PMU可以实现两种功能：FVMI（加电压测电流）功能和FIMV（加电流测电压）功能。/article/332880.html数字电路的测试数字集成电路最主要的是测试其功能、时序关系和逻辑关系等典型的数字集成电路测试顺序1.接触测试：在DUT的每一个管脚上都施加一电流，随后测量其相应电压，如果所得电压值超出了特定的电压范围，则可认为管脚与测试仪的接触是断开的，即开路。2.功能测试：只有逻辑功能正确的电路，才有必要进行随后的测试。3.直流参数测试：在DUT管脚进行电压或电流测试。4.交流参数测试：大多数自动数字测试系统都有可以选择的数字测量分辨率，通过逐次逼近或线性递归的测量方法即可准确测出传输延迟及上升沿、下降沿时间等。失效分析(FA)：对失效器件进行进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效的形式（失效模式），分析造成器件失效的物理和化学过程（失效机理），寻找器件失效原因，制定纠正和改进措施。可靠性分析(RA)：对半导体器件可靠性测量与测试，评估器件寿命、特性退化规律等，用于指导生产过程中提高元器件可靠性。材料分析(MA)：对材料的组分，形貌，晶体结构，杂质、位错等缺陷，界面缺陷等研究。主要分析技术——FA、MA、RA

主要技术指标：

主要附件：探测器:ET-SEdetector；AsB-detector；In-lensSE-detector；Multi-modeSTEMEDS/EBSD能谱探头:X-MaxN80主要用途：表面形貌分析能谱分析材料组织结构分析电子束系统分辨率:

1.0nmat15kV1.9nmat1kV电子束加速电压:0.02kV-30kV电子束流:

4pA-20nA放大倍数:10-1.000.000x场发射扫描电子显微镜

FieldEmissionScanningElectronMicroscope(FE-SEM)主要分析设备及耗电量138138

主要技术指标：电子束系统分辨率:1.1nm(20kV)/1.5nm(10kV)/2.5nm(1kV)离子束系统分辨率:5nm(30kV,1pA)电子束加速电压:0.1-30kV离子束加速电压:0.5-30kV电子束流:4pA-100nA离子束流:

1pA-50nA

主要附件：Everhart-Thornley二次电子探测器组合式二次电子二次离子(SESI)探测器多路GIS气体注入系统

主要用途：焊点可靠性失效横截面故障分析完整的铜制程横截面结构观察热点测试失效横截面结构分析材料横截面结构观察TSV转接板LED芯片BGA焊球CISLensWirebondNCAPConfidential&Proprietary聚焦离子束场发射扫描电子显微镜DualBeamFocusedIonBeam主要设备——FIB

主要技术指标：

设备特点：配备100LPI，300LPI两种光栅红外加热，可模拟回流曲线下的变形情况与温度曲线对应的实时变形量测量支持多样品同时测试最大样品尺寸400×400mm2标准误差小于1μm共面性低于1μm最大加热温度为300℃最高每秒加热1℃热变形外貌检测仪ShadowMoiré

主要技术指标：PEMInGaAs探测器

TIVA1340nm激光源，配置TIVALaserPulsingTechnique；12inch测试载样台；MacroLens0.8x/2.5x/5x/10x/20x/50xforPEMandTIVA；

设备特点：具备光发射显微镜PEM(PhotonEmissionMicroscopy)和激光激发-热感生电压变化TIVA（ThermalInducedVoltageAlteration）技术。广泛应用于侦测各种组件缺陷所产生的漏电流，包括闸极氧化层缺陷(Gateoxidedefects)、静电放电破坏(ESDFailure)、闩锁效应(LatchUp)、漏电(Leakage)、接面漏电(JunctionLeakage)、顺向偏压(ForwardBias)等。<PEM探测器接收波长><LaserPulsing信号加强

>热点检测微光显微镜PhotonEmissionMicroscope&TIVA

检测项目：封装结构内部裂纹封装结构内部分层缺陷封装结构内部空洞、气泡、空隙等缺陷,样品台长宽：29x12cm检测模式：A-Scanmode-点扫描B-Scanmode-块扫描C-Scanmode-层扫描ThroughScanmode-穿透式扫描Q-BAM-虚拟横截面扫描Multi-Scanmode-多层面扫描探头频率：15MHz/30MHz/50MHz/100MHz/230MHz三极管检测晶圆键合检测FC检测晶圆键合检测晶圆检测超声波扫描电子显微镜ScanningAcousticMicroscope(C-SAM)主要技术指标：设备特点：测试K系数：建立结温与电压之间的关系采样率达1微秒，测试延迟时间1微秒，结温分辨率0.01℃主机承载的最大电流为2A，最大电压10VBooster承载的最大电流50A，最大电压30V半导体器件稳态热阻及瞬态热阻抗测量材料热特性测量（导热系数和比热容）接触热阻测量，包括导热胶、新型热接触材料的导热性能测试半导体器件结温测量热阻测试仪ThermalResistance集成电路测试与分析查阅资料，课后完成以下任务：1.集成电路的不正常状态分别是缺陷（defect）、故障（fault）和失效（failure），解释其区别。2.解释以下集成电路测试名词：WAT、CP、FT、PMU、DUT。3.直流参数测试一般都要进行开短路测试，画图解释其基本原理。4.测试工程师的工作内容主要是什么？目录/CONTENTS010203概述CP测试FT测试集成电路测试概述01PartOne什么是测试？为什么要测试？实际的制作过程所带来的以及材料本身或多或少都有的缺陷，无论怎样完美的工程都会产生不良的个体，因而测试也就成为集成电路制造中不可缺少的工程之一。集成电路的测试就是运用各种方法，检测那些在制造过程中由于物理缺陷而引起的不符合要求的样品。测试的主要目的是对集成电路的各项功能及参数指标进行检验，保证各项参数能够达标。测试的对象包括数字IC、模拟IC、低频、射频和数模混合信号电路等设备。在IC设计阶段产品出样后,测试结果可以帮助优化IC设计在晶圆、芯片和模组阶段测试帮助甄别良品和劣品集成电路测试是半导体产业链中不可或缺的一环，贯穿于整个集成电路设计、制造、封装及应用过程中。在生产中的每一个环节都需要进行相应的测试，从而保证集成电路在整个流程中不会出現较大的问题。测试的对象和主要测试内容集成电路测试的对象包括数字IC、模拟IC、低频、射频和数模混合信号电路等测试内容一般分为两大类：功能测试和参数测试。芯片测试的核心—C语言C语言是一门面向过程的、抽象化的通用程序设计语言，广泛应用于底层开发。C语言能以简易的方式编译、处理低级存储器。C语言是仅产生少量的机器语言以及不需要任何运行环境支持便能运行的高效率程序设计语言。集成电路自动测试系统TMU（TimeMeasureUnit），时间测量单元，主要功能是测量信号的频率、周期、上升沿时间、高脉冲时间等时间参数；AWG（ArbitraryWaveformGenerator），任意波形发生器，主要功能是可以产生任意的波形；DIG是数据采集卡，主要对波形的数据进行采集、处理、存储和传输；OVC（OctalVoltage/Current），直流参数测试单元，含1个或多个PMU（PrecisionMeasureUnit，精密测量单元），主要功能对直流参数进行测试。主要测试阶段WAT测试CP测试FT测试此外，测试还包括之前介绍的可靠性测试。即器件在额定的使用寿命期限之内是否能够安全正常地工作。主要测试阶段晶圆测试WAT测试（WaferAcceptanceTest）FT测试（FinalTest）CP测试（ChipProbe）

半导体WAT测试（WaferAcceptanceTest）：芯片制造完成后，对芯片进行的测试以确认其质量和可靠性。主要测试内容包括：线宽和线间距测试：检测芯片中各个线的宽度和间距是否符合要求。漏电流测试：检测芯片中电流是否泄漏，以确定是否存在损坏或潜在故障。电容测试：测量芯片中各个电容的电容值是否符合要求。短路测试：检测芯片中各个连接点是否存在短路现象。开路测试：检测芯片中各个连接点是否存在开路现象。稳定性测试：检测芯片在不同工作温度和电压下是否稳定。可靠性测试：测试芯片的长期可靠性，包括寿命和耐压等。功耗测试：测试芯片在不同工作负载下的功耗情况。逻辑测试：检测芯片中各个逻辑电路是否按照设计要求运行。存储器测试：测试芯片中的存储器是否按照设计要求工作。集成电路生产大致流程封装测试主要指对芯片或器件进行功能测试测试又分为晶圆测试（CP)和最终测试（FT）CP测试FT测试前道工艺：芯片制造后道工艺：封装测试集成电路晶圆测试（CP)02PartOneCP测试及map图CP测试工艺流程技能要求晶圆检测①进行晶圆检测工艺操作②根据测试条件要求更换探针卡③判定晶圆测试过程中扎针位置、深度④判别测试机、探针台运行过程发生的故障类型⑤探针卡的焊接和维护保养⑥测试机和探针台的日常维护晶圆打点①根据芯片要求加载打点程序②判定晶圆打点过程中墨点是否满足要求③判别晶圆打点运行过程发生的故障类型④完成墨盒的日常维护和保养晶圆目检①对手动打点使用的墨盒进行灌墨操作②根据芯片的大小选择合适的打点墨盒③对扎针、打点不良的晶圆进行判定、剔除④进行墨点烘烤CP检测的工艺操作晶圆检测CP检测流程扎针调试氮气柜从氮气柜中取出待检测的花篮晶圆测试随件单加温/

避光扎针测试确定扎针位置与深度特殊检测常规检测导片上片全自动探针台CP测试晶圆检测设备执行测试动作发出测试信号测试机晶圆检测设备测试结果显示区CP测试探针卡测试区晶圆上片区CP测试 晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作1.导片Ø氮气柜用于存放晶圆，又称氮气防潮箱，利用氮气来降低湿度和氧含量，防止氧化Ø氮气柜无风扇、无噪音、不返潮、不结霜、无热效应产生，除湿效果稳定Ø充入的氮气越多，湿度降得越低，防氧化的效果也越好氮气柜CP测试 晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺步骤1.导片Ø核对晶圆与晶圆测试随件单Ø将同一批次的晶圆按片号依次放入空花篮Ø导片工具：花篮、晶圆镊子Ø花篮分为常温花篮、高温花篮，是装载晶圆的容器，输送、放置晶圆，花篮可存放25片晶圆Ø晶圆镊子具有耐磨损性、耐化学品腐蚀、阻燃等特点，可平稳地转移晶圆，避免因人手直接接触而造成产品污染晶圆镊子氮气柜 随件单 花篮晶圆测试 晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作2.上片Ø上片是将完成导片的晶圆放置到探针台的指定位置，保证放置的位置正确Ø探针台通过金属探针将圆片上集成电路芯片的电极与测试机联接Ø探针台：手动探针台、半自动探针台、全自动探针台Ø半自动探针台，将晶圆手动放置于载片台上，手动探针动到待测点上方，显微镜观察UF200型全自动探针台东京精密公司半自动探针台上片CP测试 晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作2.上片Ø全自动探针台上片操作步骤①放置花篮将导片完成的花篮放在探针台的待测区域(承重台)，花篮放置时需注意晶圆印章正面朝上承重台前的两盏指示灯均处于灯灭状态，其中绿灯表示上升，红灯表示下降②花篮位置固定前后轻移花篮，将花篮固定在承重台上对应位置，当花篮位置放置正确时，承重台后侧位置指示灯亮n晶圆检测的工艺操作2.上片Ø全自动探针台具体上片操作步骤③花篮下降花篮的卡槽和承重台的上片槽紧密贴合后，按下确认键，下降指示灯(红灯)亮④花篮到达指定位置承重台下降到指定位置后，下降指示灯(红灯)灭，合上盖子，探针台自动完成晶圆上片CP测试晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作2.上片Ø全自动探针台具体上片操作步骤注意：①若花篮位置放置不正确，花篮的卡槽与探针台的上片槽没有紧贴，会导致探针错位、晶圆破片②探针台上的指示灯处于亮灯状态时不能进行其他操作，否则会引起探针台死机，导致晶圆撞击探针及测试卡CP测试晶圆检测工艺Ø这类有特殊要求的晶圆约占5%①避光测试用一块黑布遮挡住晶圆四周，通过显微镜观察到待测点位置、完成扎针位置的调试后，再测试晶圆对光线特别敏感，经光线照射后会失效，影响产品合格率，因此采用避光测试3.加温/避光测试Ø根据晶圆测试随件单上测试条件要求，有些特殊的晶圆需在避光、加温条件下进行扎针测试CP测试晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作②加温测试在扎针测试之前，将需要高温加热的晶圆放置在载片台上，根据随件单上的加温要求对晶圆进行加温晶圆检测工艺n晶圆检测的工艺操作3.加温/避光测试温度显示载片台CP测试n训练目标1.能正确识别晶圆测试随件单上的参数设置信息2.能进行扎针参数设置3.能进行扎针定位手动调试CP测试 任务1扎针调试n

扎针调试的操作步骤

输入晶圆信息

自动对焦

查看MAP图

扎针调试

1.参数设置Ø晶圆上片后，在扎针测试前进行参数设置和扎针调试，来确定扎针位置与深度Ø根据晶圆测试随件单，在探针台操作界面输入晶圆尺寸、步距尺寸、晶圆产品名、批次编号、晶圆ID等相关信息；Ø输入完成后再进行核对，保证输入的信息无误CP测试 任务1扎针调试CP测试 任务1扎针调试n扎针调试的操作步骤2.自动对焦Ø信息输入正确后，点击确认键，探针台自动对晶圆的上下、左右四个方位进行扫描对焦Ø将对焦图调到最清楚的视窗，方便后面利用对焦图进行扎针等情况的检查对焦图CP测试 任务1扎针调试n扎针调试的操作步骤3.调出检测MAP图Ø对焦图调至最清楚的视窗后，自动调出对应的检测MAP图Ø调出的检测MAP图与探针台操作界面输入的晶圆信息一致若晶圆信息输入错误，就会调出错误的检测MAP图MAP图CP测试 任务1扎针调试n扎针调试的操作步骤4.扎针调试①扎针位置：移动摇杆，调节扎针的位置，若调试时发现扎针位置发生偏移，通过对焦图检查偏移情况进行调整Ø针印整体偏移：利用摇杆微调扎针的位置Ø单根扎针的针印偏移：进行手动拨针，使探针移动至相应位置②扎针深度：Ø在扎针深度调整界面改变扎针深度的数值，界面初值为0Ø调试时针痕不能太深或太浅，太深容易扎透铝层，太浅容易测试不合格摇杆任务1扎针调试扎针调试的操作步骤4.扎针调试Ø根据“热胀冷缩”的原理，需要加温的晶圆在加温结束后再进行扎针调试，否则扎针时可能会扎透铝层Ø进行扎针调试前要确保探针台的真空阀门运行正常，使晶圆吸附在载片台上，不会发生移动Ø在探针台操作界面进行扎针深度加深时，数值不能一次性过大，容易扎透铝层Ø调整扎针位置时，需利用要摇杆的“微调”档位进行位置的确定CP测试针印nn训练目标1.能根据随件单进行晶圆信息录入2.能进行零点确认3.能正确进行测试数据记录CP测试 任务2扎针测试CP测试 任务2扎针测试n扎针测试的步骤1.输入晶圆信息Ø扫描晶圆测试随件单二维码，进入测试机软件检测界面，核对软件检测程序、版本和随件单是否一致，并手工输入片号等信息Ø确保晶圆测试随件单、测试机操作界面、检测MAP图三者的信息保持一致测试机软件界面随件单调用程序测试清零n扎针测试的步骤2.清零Ø核对信息一致后Ø为保证晶圆的零点与检测MAP图上的零点位置一致，清零Ø清零后，点击开始按钮进行扎针测试CP测试任务2扎针测试沿边直接剔除区域：相当于芯片的外围部分，该部分不会被测试，可以减少扎针的氧化程度并提高测试效率。灰色区域：待测扎针(测试进度) 蓝色区域：未测区域CP测试Ø扎针测试7/E/9等属于故障区域：不同的标记代表不同类型的故障，方便参数异常分析黄色区域：沿边直接剔除区域绿色区域：PASSn扎针测试的步骤Ø测试正常运行Ø测试机将测试结果通过GPIB线传输给探针台，探针台的检测MAP图上会显示相应的标记，并对测试结果进行计数Ø“TOTAL”表示已经进行扎针测试的晶粒总数CP测试 任务2扎针测试Ø“PASS”表示扎针测试合格数Ø“FAIL”表示扎针测试不合格数已测总数合格数不合格数n扎针测试的步骤检查扎针情况Ø定期检查扎针情况，例如测至500颗左右时，停止扎针，手动移动摇杆，通过对焦图随机检查扎针位置、深浅等是否符合质量外观的要求Ø对于一片具有几千甚至上万个晶粒的晶圆而言，500颗左右可称其为样本Ø该项检查可保证后续扎针的正确性，及时发现问题并进行相应调整，从而提高产品的合格率CP测试 任务2扎针测试任务2扎针测试异常情况处理Ø在对焦图上抽查到针痕异常后，要对该晶圆上已经完成测试的晶粒进行全检，判断扎针异常的原因，再重新设置扎针深度，调整扎针位置等Ø若检查时正常时，继续进行扎针测试记录测试结果Ø晶圆测试完成后，在晶圆测试随件单上记录测试结果Ø包括：合格数、不合格数、合格率等CP测试合格扎针n训练目标1.能区分不同规格探针卡2.能正确进行探针台“退片”、“进片”操作3.能正确完成探针卡拆装CP测试 任务3更换探针测试卡任务3更换探针测试卡Ø探针测试卡又称探针卡，主要是连接探针台和测试机，也是测试机与待测晶圆之间的接口Ø探针卡是带有很多细针的印刷电路板，这些细针和待测晶圆进行机械和电学接触Ø探针材料通常由钨制成，由特殊测试结构的压焊点定制，通过它传导进出晶圆测试结构压焊点的电流Ø每个待测晶圆通常需要一个的探针卡，应选择与之对应的探针卡Ø每个探针卡有几百个探针不等，结构多种多样，排列正确、探针保持在同一个平面内、价格昂贵，从几百到上万美元不等Ø当探针卡损坏时，必须及时更换新的探针卡探针与晶圆上的晶粒(PAD)点接触CP测试探针卡Ø也可以根据针卡外形，分为方卡和圆卡两种Ø采用直连方式，适用于高速高频的IC测试Ø圆卡比较大，有更多的探针，及多外围电路，适合SOC等大规模IC测试，也可以进行多管芯测试CP测试 任务3更换探针测试卡n探针卡类型Ø探针卡根据连接方式，分为Cable

(线缆)连接和Pogopin

(顶针)直连两种圆卡方卡：Ø方卡尺寸和探针台的固定槽位统一，方便安装拆卸Ø方卡的PCB空间少，因此不能放置大量的元器件，适合测试外围简单的ICØ方卡上方是空的，方便安装显微镜、光源、氮气Ø方卡成本低任务3更换探针测试卡n探针卡类型CP测试方卡CP测试 任务3更换探针测试卡n探针卡更换步骤①点击探针台界面的“退片”按钮②松动四颗针卡固定螺丝，小心取下探针卡，切勿误触到针尖，取下探针卡用针尖保护壳盖上并贴紧③拿对应型号规格新的探针卡，取下保护盖板对准方向装在对应位置上，拧紧固定螺丝④点击探针台界面的“进片”按钮，换完成注意：取下的探针卡放在指定位置、不得损坏部件n训练目标1.能准确判断扎针位置是否符合要求2.能准确判断扎针深度是否符合要求CP测试 任务4晶圆扎针质量检查CP测试 任务4晶圆扎针质量检查n扎针位置判别标准Ø合格扎针要求在PAD点的范围内有针印，且针印无异常Ø压点指在封装过程中用于粘合金属线的区域，扎针针痕必须在压点中间Ø且当单个压点上有两个以上的探针测试时，针痕应均匀分布在压点中间n扎孔深浅判别标准Ø扎针不可过深或过浅u晶圆测试过程，探针会对与探针接触的晶圆PAD施加一定的压力，若压力不足，导致接触不良，无法正常判断芯片的好坏u若压力超出一定范围，会导致探针扎入晶圆PAD表面铝层深度变深，严重的会将晶圆PAD表面铝层扎穿,造成芯片中间绝缘层的损坏CP测试 任务4晶圆扎针质量检查CP测试 任务4晶圆扎针质量检查n扎孔深浅判别标准Ø针迹过深通常表现为两种情况：u将晶圆PAD表面铝层扎穿，导致铜裸露u一种未将晶圆PAD表面铝层扎穿，但PAD的中间绝缘层已出现轻微的裂痕u通过测试无法筛选出来，使用200倍显微镜检查通常仅能观察出针迹较正常针迹大且深，无法看出裂痕u使用一段时间后会出现：工作状态不稳定、产品寿命周期缩短等问题轻微的裂痕铜裸露2.扎针次数①普通产品≤3次②OTP产品:第一道测试CP1≤2次，第二道测试CP2≤3次，第三道测试CP3≤4次任务4晶圆扎针质量检查1.扎针注意事项①扎针前必须确认已经清零②扎针测试开始后要定期检查扎针情况③若发现有异常情况，立刻停止扎针测试进行调试CP测试n训练目标1.能正确使用显微镜2.能正确判别扎针痕迹是否合格3.能正确进行扎针痕迹合格情况记录CP测试 任务5晶圆扎针质量目检n检查方法Ø晶圆在扎针完成后，要对扎针情况进行质量检查Ø通过显微镜进行扎针检查Ø检查晶圆是否有划伤、异物等情况Ø对不合格的晶粒进行打点剔除CP测试 任务5晶圆扎针质量目检任务5晶圆扎针质量目检n显微镜检测步骤Ø准备工作①按下显微镜电源按钮②将待检测晶圆正面朝上放在外检托盘上，选择显微镜放大倍数：高放大倍数75~150,低放大倍数30~50调节显微镜的粗调、微调旋钮，直至眼睛通过显微镜能观察到清晰的晶圆图形Ø目检①对显微镜载物台上的晶圆表面进行目检②目检完成，关闭电源CP测试项目说明图示合格扎痕位于PAD点中央扎痕呈圆形或椭圆形扎针深度适宜不合格扎痕扎针痕迹为长条形扎针偏出压点扎针后导致铝层脱落CP测试 任务5晶圆扎针质量目检n扎针质量判定标准项目说明图示不合格扎痕扎针后PAD墨水沾污扎针偏扎针太深，导致挤铝多个扎痕CP测试 任务5晶圆扎针质量目检n扎针质量判定标准项目说明图示不合格扎痕扎针浅扎针偏出PAD点无扎针痕迹CP测试 任务5晶圆扎针质量目检n扎针质量判定标准n训练目标1.能进行测试机的日常维护2.能判断探针台氮气是否充足3.能进行探针卡日常维护CP测试 任务6晶圆检测设备日常维护晶圆检测设备日常维护n晶圆检测设备的日常维护与常见故障2.探针台常见故障①晶圆进片异常②探针与芯片没有对准③探针与焊垫接触不稳定④探针台界面异常⑤测试板异常1.测试机常见故障①测试板故障②电气回路故障③测试机界面显示异常CP测试任务6CP测试 任务6晶圆检测设备日常维护3.探针卡常见故障①探针氧化通常探针是由钨制成的，它如果长期不用，针尖氧化，氧化后，接触电阻变大,测试时参数测不稳。②针尖高低不平(针尖高度差在30以上)不能在同一平面上Ø某些针尖位置高的扎不上铝层,使测试时电路不通Ø某些针尖位置低的扎伤铝层，对后续封装压焊有影响，使芯片与封装后成品管脚焊接质量差，容易引起短路Ø某些针尖压痕太长，超出PAD范围，使PAD周围的铝线短路Ø针尖开裂、折断、弯曲、破损等Ø原因：针尖没有装好保护盖，针尖朝下直接放到设备上，取卡时针尖不小心碰撞，用细砂子打磨针尖时用力太大使针尖弯曲，承片台上升过快,而撞到针尖，装打点器时不小碰伤，调针时镊子碰伤针尖等③针尖磨平Ø原因：很长时间使用后针尖的损耗，操作工用过粗的砂纸打磨针尖时用力过猛，砂磨的时间过长等CP测试 任务6晶圆检测设备日常维护3.探针卡常见故障③针尖异常任务6晶圆检测设备日常维护3.探针卡常见故障⑤探针卡没焊好Ø探针卡针焊接不到位，不牢固，针虚焊Ø基板上铜箔剥落，卡针无法焊接牢固Ø探针卡布线断线或短路Ø背面有突起物，焊锡线头⑥针尖有异物针尖有铝粉、墨迹，尘埃等CP测试Ø定期对探针卡清洁①工具：毛刷、无水酒精或热水②用毛刷从PIN的根部往上刷到针尖部位时毛刷抬起③每刷一次都要把毛刷放到无水酒精或水中清洗一次③把针卡翻过来重复第②项作业，清洗反面④清洗结束后在显微镜下观察有无杂质⑤清洁工序完成后，针卡有水份,需放置在80°烘箱烘烤15分钟晶圆检测设备日常维护n探针卡的日常维护CP测试任务6反面正面1.测试机配套推车的连线整理2.测试机的自检操作3.测试机的点检4.不易保养的部位进行拆卸检查5.更换磨损部件晶圆检测设备日常维护n测试机的日常维护项目6.紧固螺丝7.电气电路的检查8.老化电线的更换9.参数校准CP测试任务6CP测试 任务6晶圆检测设备日常维护n探针台的日常维护1.检查氮气是否充足2.检查探针卡是否氧化n训练目标1.能根据随件单信息录入参数2.能正确调用MAP图文件3.能正确完成打点操作CP测试 任务7晶圆打点Ø扎针测试完成后需要对不合格的晶粒进行标记，即打点Ø打点是用打点器对测试不合格的晶粒和沿边直接剔除区域打上墨点，便于在封装工艺时进行剔除，降低成本Ø根据晶圆测试随件单在打点界面输入晶圆批号、片号，生成对应的打点电子硅片图(MAP图)，即完成测试后的MAP图Ø芯片封装时把MAP图下载到设备数据库中，并在硅片被切成单个晶粒后剔除所CP测试 任务7晶圆打点n晶圆自动打点工艺输入晶圆信息选择墨管随件单打点有不合格的晶粒MAP图墨点调试晶圆打点1.标识不合格芯片2.便于在封装时剔除CP测试CP测试Ø设备5mil的墨管30mil的墨管全自动探针台打点器墨管CP测试 任务7晶圆打点n晶圆打点的操作步骤1.参数设置根据随件单信息，在操作界面输入本批次晶圆的参数载入数据清零打点CP测试 任务7晶圆打点n晶圆打点的操作步骤2.MAP图调用及信息核对调用MAP图与操作界面输入的晶圆信息有关，操作界面的信息要与随件单的信息一致3.墨管选择根据晶圆尺寸勾选正确的打点墨盒参数核对界面任务7晶圆打点n晶圆打点的操作步骤4.设备运行选择设备运行模块，点击“开始模拟”Ø设备启动——按钮控制点击“开始”按钮，开始打点操作，对应操作效果如图打点效果实际晶圆MAP图CP测试任务7晶圆打点n晶圆打点的操作步骤4.设备运行Ø首检u打点开始后，需要定期检查打点情况u及时发现问题进行相应调整u点击显示界面，进入后点击MAP图，进入首检界面首检界面CP测试4.设备运行Ø首检观察界面上的墨点是否在晶粒中央、大小是否合适，若都符合要求，进入下一步目检操作环节CP测试 任务7晶圆打点n晶圆打点的操作步骤首检n晶圆自动打点工艺Ø合格墨点必须控制在管芯的中央，且占管芯面积的1/4~1/3，且不能覆盖PAD点CP测试 任务7晶圆打点①根据所需打点的晶粒的大小选择正确的墨管规格②定时检查打点情况，如有偏移等情况及时进行调整CP测试 任务7晶圆打点Ø注意区分烘烤型墨水与免烘烤型墨水Ø烘烤型墨水在打点结束后需要用烘箱对墨点进行固化Ø免烘烤型墨水常温下就可以固化Ø在墨点进行固化完毕后，为防止在扎针和打点过程中出现不良情况，需要人工对晶圆的扎针进行外观检查，对扎针扎透铝层、墨点大小点等异常的晶粒进行手动标记晶圆目检 对于扎针痕和墨点不合格的现象，需要人工进行打点油墨笔打点打点器打点 Ø目检CP测试任务7晶圆打点n晶圆打点设备的常见故障在打点过程中，可能会出现诸多异常情况，从而影响打点质量Ø打点器常见故障①打点导墨丝损坏，无法打点②打点器不能连续进行打点Ø打点运行故障①墨水外溢，沾污圆片②墨点出现异常(墨点开裂、空心墨点、双墨点、墨点过大过小等)③出现未打点的情况CP测试n训练目标1.能正确使用显微镜2.能正确判别墨点是否合格3.能正确进行墨点合格情况记录CP测试 任务8晶圆打点质量检查Ø扎针不合格的晶粒用油墨笔或打点器打上墨点Ø并在晶圆测试随件单上做好相应的记录Ø墨点尺寸尽量一致，大小点不能太明显Ø将不好的管芯墨点的大小和之前的墨点大小保持一致Ø手动剔除墨点尺寸差异太大的Ø打点完成后要及时清洗，避免外壁以及工作台上存有墨渍任务8晶圆打点质量检查CP测试项目说明图示合格墨点墨点应落在管芯内不合格墨点空心墨点墨点开裂墨点打在压点上，出框CP测试 任务8晶圆打点质量检查n晶圆打点质量判定标准项目说明图示不合格墨点双墨点墨点大小点长形点