芯片制造工藝與芯片測試高級課堂

1、1高等課堂芯片的制造工藝芯片的制造工藝2高等課堂一、一、ic 產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈ic 應用應用硅片硅片掩膜掩膜半導體設備半導體設備材料廠商材料廠商ip/設計服務設計服務ic設計設計icic掩膜數(shù)據(jù)掩膜數(shù)據(jù)用戶需求wafer cpwafer加工加工封裝封裝test交貨交貨成品成品中測中測3高等課堂 半導體圓柱單晶硅的生長過程制備制備wafer4高等課堂二、二、wafer加工過程加工過程5高等課堂光刻光刻 photolithography6高等課堂1. wafer prepare, deep nwell litho and impl.deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程7高等課堂dee

2、p nwell二、二、wafer加工過程加工過程2. pad oxide, nitride deposit, diffusion litho, trench etch8高等課堂deep nwell3. trench oxide, litho, etch and cmp; nitride remove and sac oxide二、二、wafer加工過程加工過程9高等課堂deep nwell4. pwell litho, impl., vtn impl. 二、二、wafer加工過程加工過程10高等課堂deep nwell5. nwell litho, impl.; vtp photo, impl

3、.二、二、wafer加工過程加工過程11高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程6. sac oxide remove, gate1 oxide and litho, gate2 oxide12高等課堂deep nwell7. poly deposit, litho, and etch; nldd photo and impl.; pldd photo and impl.; spacer dep. and etch二、二、wafer加工過程加工過程13高等課堂deep nwell8. n+ s/d photo and impl.; p+ s/d photo and imp

4、l.二、二、wafer加工過程加工過程14高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程9. rpo deposit, photo and etch; salicide formation15高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程10. ild dep. and cmp16高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程11. cont photo and etch; w dep. and cmp17高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程12. met1 dep., photo and etch18高等課堂deep

5、nwell二、二、wafer加工過程加工過程13. via1, met2, via2, met3, via3, met4, ctm4, via4, tme19高等課堂deep nwell二、二、wafer加工過程加工過程14. passivation dep., photo, and etch; alloy20高等課堂21高等課堂 封裝流程封裝流程三、三、ic 封裝過程封裝過程22高等課堂 back grinding 晶圓背面研磨晶圓背面研磨wafer wafer truck tablegrinding wheel 三、三、ic 封裝過程封裝過程23高等課堂wafer wafer saw 晶圓

6、切割wafer mountblue tape die saw lade 劃片劃片三、三、ic 封裝過程封裝過程24高等課堂die bond(die attach) 上上 片片bond head epoxy substrate epoxy cure ( die bond cure) 三、三、ic 封裝過程封裝過程25高等課堂 wire bond gold wire capillary die pad finger(inner lead) 三、三、ic 封裝過程封裝過程26高等課堂compound mold chase molding gate insert runner top cull blo

7、ck cavity top chase air vent compound pot plunger substrate bottom cull block bottom chase 三、三、ic 封裝過程封裝過程27高等課堂marking ink mark laser mark spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun 三、三、ic 封裝過程封裝過程28高等課堂ball attach flux flux printing ball att

8、ach tool ball attach vacuum solder ball reflow 三、三、ic 封裝過程封裝過程29高等課堂punch singulation router spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun spreadtrum sample 20 jun saw singulation 三、三、ic 封裝過程封裝過程30高等課堂封裝種類封裝種類 dip 雙列直插 sip 單列直插 pqfp 塑料方型扁平式封裝 bga 球柵陣列封裝球柵陣列封裝 pga 針柵陣列封裝

9、csp 芯片尺寸封裝 mcm 多芯片封裝31高等課堂32高等課堂四、四、ic 的測試的測試test objectives 測試目的分類測試目的分類 design verification 設計驗證測試設計驗證測試 production tests 大生產(chǎn)測試大生產(chǎn)測試 characterization tests 特性分析測試特性分析測試 failure analysis tests 失效分析測試失效分析測試testing stages 測試階段分類測試階段分類 wafer sort testing 晶園測試晶園測試 (中測中測) package device testing 成品測試成品測試

10、 incoming inspection testing 入廠篩選測試入廠篩選測試test items 測試內(nèi)容分類測試內(nèi)容分類 per-pin testing 管腳測試管腳測試 parametric testing 參數(shù)測試參數(shù)測試 functional testing 功能測試功能測試33高等課堂waferprocesswafertestbox &shipfinal testburn inpackageassembly economic gate tester fault coverage vs. cost quality gate tester fault coverage vs

11、. escape costpackage costprocess yield34高等課堂測試程序開發(fā)流程測試程序開發(fā)流程device and test specificationsdefine pinmap, test philosophy, conditionsselect ate and required configdevelop dib and interfacecreate test waveforms, test patterns, clock/timing solutions,test procedures, simulate off-lineon-tester debugrep

12、eatability,correlation, and test time optimizationtest program release to production35高等課堂芯片工藝過程小節(jié)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、淀積金屬層等等晶硅、淀積氧化層、淀積金屬層等等50100到工序到工序硅片經(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(gòu)成邏輯單元乃至整個系統(tǒng)形成了

13、一個個電子器件及連線，由此構(gòu)成邏輯單元乃至整個系統(tǒng)簡稱硅表面加工工藝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)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)36高等課堂芯片工藝過程小節(jié)芯片工藝過程小節(jié)加工工藝加工工藝waffermaskset0.18um 1p6m$1600$180k0.16um 1p6m$1700$260k0.152um 1p6m$1800$270k90nm 1p7m$6000$870k65nm 1p7m$7500$1500k37高等課堂思考思考 全面的功

14、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？38高等課堂芯片的設計研發(fā)芯片的設計研發(fā)39高等課堂什么是方法學？什么是方法學？ methodology science of study of methods sets of methods used (in doing sth) 方法學是關(guān)于方法的科學方法學是關(guān)于方法的科學 方法學是做某事的一系列方法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)學方法分析的定量的數(shù)學方法分析4

15、0高等課堂什么是數(shù)字系統(tǒng)設計的方法學？什么是數(shù)字系統(tǒng)設計的方法學？ 數(shù)字系統(tǒng)設計方法學數(shù)字系統(tǒng)設計方法學 設計流程方法學設計流程方法學 設計工具方法學設計工具方法學 硬件實現(xiàn)方法學硬件實現(xiàn)方法學41高等課堂數(shù)字系統(tǒng)設計流程方法學數(shù)字系統(tǒng)設計流程方法學 系統(tǒng)級設計系統(tǒng)級設計 寄存器傳輸級設計寄存器傳輸級設計 電路級設計電路級設計 物理級設計物理級設計 仿真驗證仿真驗證 成品測試成品測試42高等課堂系統(tǒng)級設計系統(tǒng)級設計系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)功能定義系統(tǒng)功能定義系統(tǒng)模塊劃分、使用那些系統(tǒng)模塊劃分、使用那些 ip確定設計流程、驗證方法、測試方法確定設計流程、驗證方法、測試方法系統(tǒng)類型簡單分類系統(tǒng)

16、類型簡單分類 任務管理任務管理 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 數(shù)學運算數(shù)學運算借助借助c、systemc、verilog、vhdl仿真仿真在系統(tǒng)設計階段，關(guān)心的是功能、性能和效率在系統(tǒng)設計階段，關(guān)心的是功能、性能和效率43高等課堂寄存器傳輸級設計寄存器傳輸級設計 安排寄存器安排寄存器 設計功能邏輯設計功能邏輯 設計狀態(tài)機設計狀態(tài)機 把模塊功能分解到每個節(jié)拍把模塊功能分解到每個節(jié)拍 把算法轉(zhuǎn)換到電路實現(xiàn)把算法轉(zhuǎn)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(guān)心的是時序和具體運算在寄存器傳輸級階段，更關(guān)心的是時序和具體運算44高等課堂電路級設

17、計電路級設計由計算機工具綜合產(chǎn)生由計算機工具綜合產(chǎn)生綜合過程考慮的實際因素綜合過程考慮的實際因素 庫單元的選擇、映射庫單元的選擇、映射 元件、連線的物理延遲元件、連線的物理延遲 元件的驅(qū)動能力及功耗元件的驅(qū)動能力及功耗綜合的優(yōu)點綜合的優(yōu)點 設計階段與工藝無關(guān)、容易復用設計階段與工藝無關(guān)、容易復用 芯片面積、速度自動折中，產(chǎn)品性價比高芯片面積、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(guān)心的是面積和功耗在電路級設計，更關(guān)心的是面積和功耗45高等課堂物理級設計物理級設計 自動、人工交互布局、布線自動、人工交互布局、布線 dr

18、c 設計規(guī)則檢查設計規(guī)則檢查 erc 電路規(guī)則檢查電路規(guī)則檢查 電路參數(shù)提取電路參數(shù)提取 產(chǎn)生最終的版圖數(shù)據(jù)產(chǎn)生最終的版圖數(shù)據(jù) 在物理級設計，更關(guān)心的是延遲對功能、性能的影響在物理級設計，更關(guān)心的是延遲對功能、性能的影響46高等課堂仿真驗證仿真驗證 設計階段的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錯誤 布局布線后的仿真驗證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發(fā)現(xiàn)綜

19、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引起的功能錯誤47高等課堂設計工具方法學設計工具方法學 仿真方法學仿真方法學 功能仿真、邏輯仿真、開關(guān)級仿真、電路級仿真 綜合方法學綜合方法學 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)方法學物理實現(xiàn)方法學 asic、fpga，自動布局布線、工藝過程模擬48高等課堂硬件實現(xiàn)方法學硬件實現(xiàn)方法學 硬件算法實現(xiàn)方法硬件算法實現(xiàn)方法 流水線結(jié)構(gòu)、脈動結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元 ip核復用核復用 軟

20、核、固核、硬核 軟硬件協(xié)同設計軟硬件協(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(gòu)件標準構(gòu)件 仿真模型、開發(fā)工具 soc片上系統(tǒng)片上系統(tǒng) 有了上述的條件，49高等課堂傳統(tǒng)的設計方法傳統(tǒng)的設計方法原理圖設計邏輯圖設計50高等課堂摩爾定律摩爾定律 芯片的集成度，每隔18個月就翻一番 51高等課堂基于語言描述語言的設計流程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nonono52高等課堂芯片產(chǎn)品的關(guān)鍵屬性芯片產(chǎn)品的關(guān)鍵屬性 可靠性可靠性 產(chǎn)品的信譽度產(chǎn)品的信譽度 可測性設計

21、、worst case、best case考慮 性能性能 產(chǎn)品的生命力產(chǎn)品的生命力 面積、功耗 功能功能 產(chǎn)品的存在產(chǎn)品的存在 關(guān)鍵技術(shù)的積累53高等課堂設計者經(jīng)常面對的問題設計者經(jīng)常面對的問題 功能的正確性功能的正確性 仿真驗證、功能覆蓋率、代碼覆蓋率、一致性檢查 timing的正確性的正確性 靜態(tài)時序分析、后仿真 測試覆蓋率測試覆蓋率 dft 更合理、更巧妙更合理、更巧妙 面積、功耗、速度面積、功耗、速度54高等課堂思考思考 只有硬件的產(chǎn)品是功能單一的產(chǎn)品只有硬件的產(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 55高等

22、課堂軟件架構(gòu)軟件架構(gòu)rtosdiagnosticsdrivers hal)mn (call, cb, ss, sms, gprs)layer 3layer 1layer 2multimediaaudio/videocall smscbs sspb game.atcmidimp3mpeg4h.263 enginesdigital cameradal（lcd,kpd,chr）fs, audio, video, multimedia enginesosaother applicationmmi kernal/gui其他應用，e.g. wap,java,mms,etc.56高等課堂文件系統(tǒng)的基本框架圖

23、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用戶接口層提供文件操作api，把相應的操作請求，把相應的操作請求發(fā)送給文件系統(tǒng)管理層，發(fā)送給文件系統(tǒng)管理層，完成阻塞或非阻塞調(diào)用完成阻塞或非阻塞調(diào)用該層提供文件系統(tǒng)空間管理，該層提供文件系統(tǒng)空間管理，存取控制，讀寫操作。存取控制，讀寫操作。該層作為一個線程運行，處該層作為一個線程運行，處理理io請求請求該層提供文件系統(tǒng)空間管該層提供文件系統(tǒng)空間管理，存取控制，讀寫操作。理，存取控制，讀寫操作。該層作為一個線程運行，該層作為一個線程運行，處理處理io請求請求該層提供對實際的該層提供對

24、實際的物理設備安全的讀物理設備安全的讀寫、擦除等操作寫、擦除等操作57高等課堂思考思考 芯片上的軟硬件都齊全了，可以銷售了嗎？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？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(shù)支持（周密細致的現(xiàn)場技術(shù)支持（fae） evb 板板 公司軟件開發(fā)和芯片功能測試環(huán)境公司軟件開發(fā)和芯片功能測試環(huán)境 dvb 板板 提供給用戶的軟件開發(fā)環(huán)境提供給用戶的軟件開發(fā)環(huán)境58高等課堂總之總之展訊的產(chǎn)品中凝聚了展訊的產(chǎn)品中凝聚了 大量的財力、物力、人力 眾多的智慧、

25、心血、汗水 繁冗的工具、網(wǎng)絡、平臺展訊產(chǎn)品是公司愿景、公司使命、公司價值觀的具體體現(xiàn)，總之是公司文化的具體體現(xiàn)59高等課堂determine requirementsdetermine requirementswrite specificationswrite specificationsdesign synthesis and verificationdesign synthesis and verificationfabricationfabricationmanufacturing testmanufacturing testchips to customerchips to custo

26、mercustomers needcustomers needtest developmenttest developmentvlsi 研發(fā)制造過程總和研發(fā)制造過程總和60高等課堂verification vs. test 驗證設計的正確性 由仿真過程來運行 在制造之前只需運行一次 對設計質(zhì)量負責 驗證硬件制造過程的正確性 分為兩個過程： 1. 測試產(chǎn)生：由eda軟件處理在設計過程中運行一次 2. 測試實施：向硬件施加電信號測試 要對每個制造出的器件施加測試過程 對器件的生產(chǎn)質(zhì)量負責61高等課堂costs of testing design for testability (dft) chip are