大規(guī)模集成電路-

大規(guī)模集成電路張俊LSI設(shè)計(jì)流程2需求需求分析需求規(guī)格系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)格軟件規(guī)格硬件規(guī)格軟件設(shè)計(jì)C功能設(shè)計(jì)RTL邏輯設(shè)計(jì)GATE版圖設(shè)計(jì)可測性設(shè)計(jì)GDSTESTPattern制造、測試、封裝regreg+reg半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈3目前微電子產(chǎn)業(yè)已逐漸演變?yōu)樵O(shè)計(jì)，制造和封裝三個(gè)相對獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。本講的內(nèi)容41晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝長晶5“切克勞斯基法”生長單晶硅◆“切克勞斯基法”:將一塊稱為籽晶的單晶硅浸入熔融硅中，然后在旋轉(zhuǎn)籽晶的同時(shí)緩慢地把其從熔融硅中拉起。結(jié)果，就形成圓柱形的大單晶棒?！粢簯B(tài)物質(zhì)降溫到凝固點(diǎn)以下，有些原子/分子會(huì)趨于固體結(jié)構(gòu)的排列，形成較小的核心（晶粒），控制晶粒取向，可得到單晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。硅融化、提純6晶棒78英寸晶片的晶棒重達(dá)200kg，需要3天時(shí)間來生長切割8切下的晶圓要經(jīng)過清潔、磨光等步驟以去除雜質(zhì)，使平面光滑。本講的內(nèi)容91晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝光刻工藝11掩膜制作12◆特殊的石英玻璃上，涂敷一層能吸收紫外線的鉻層（氧化鉻或氧化鐵），再用光刻法制造◆光刻主要步驟涂膠曝光顯影顯影蝕刻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖形產(chǎn)生光阻顯影去除光阻尺寸測量初始清洗缺陷檢測缺陷補(bǔ)償再次清洗加附蒙版最后檢查本講的內(nèi)容131晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝晶圓加工14沉積（薄膜形成）加工（蝕刻/摻雜）光刻沉積（Deposition）15◆CVD：-制作晶片的第一步是在晶圓上沉積一層不導(dǎo)電的二氧化硅。在晶片的后續(xù)制作過程中，二氧化硅層的成長、沉積會(huì)進(jìn)行很多次。

-在高溫下使晶圓曝氧可以使二氧化硅層成長。然后使用化學(xué)氣相沉積方法使二氧化硅層沉積在晶圓表面?！?/p>

熱氧化法◆PVD法（物理氣相沉積法）光刻（Photolithography）16Si-substrate(a)SiliconbasematerialSi-substrate(c)StepperexposureUV-lightPatternedopticalmaskExposedresist(b)AfteroxidationanddepositionofnegativephotoresistPhotoresistSiO2Si-substrateSiO2Si-substrate(d)Afterdevelopmentandetchingofresist,chemicalorplasmaetchofSiO2HardenedresistChemicalorplasmaetch加工（蝕刻/摻雜）17Si-substrateSiO2Si-substrateSiO2HardenedresistSi-substrateSiO2Hardenedresist蝕刻（Etching）摻雜Si-substrateSiO2摻雜（擴(kuò)散）18◆擴(kuò)散原理雜質(zhì)原子在高溫（1000-1200度）下從硅晶片表面的高濃度區(qū)向襯底內(nèi)部的低濃度區(qū)逐漸擴(kuò)散。擴(kuò)散濃度與溫度有關(guān)：（1000-1200度擴(kuò)散快）擴(kuò)散19◆擴(kuò)散分類及設(shè)備：按照雜質(zhì)在室溫下的形態(tài)分為：液態(tài)源擴(kuò)散、氣態(tài)源擴(kuò)散、固態(tài)源擴(kuò)散電路連線20進(jìn)行電連接。導(dǎo)電金屬（鋁或銅）在晶圓表面沉積。使用光刻和蝕刻制程去除沒有用的金屬。現(xiàn)在復(fù)雜的晶片都需要很多層絕緣體。一個(gè)正常運(yùn)作的晶片需要連接數(shù)以百萬計(jì)的傳導(dǎo)線路，包括層上水平連接和各層之間的垂直連接。多層21加工后的晶圓22晶圓測試、切割23測試24有40000針腳的12英寸晶圓探針卡切割25本講的內(nèi)容261晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝封裝27封裝形式28Package--封裝體：指芯片（Die）和不同類型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。ICPackage種類很多，可以按以下標(biāo)準(zhǔn)分類：◆按封裝材料劃分為：金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝◆按照和PCB板連接方式分為：PTH封裝和SMT封裝◆按照封裝外型可分為：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；封裝形式29◆按封裝材料劃分為：

金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無商業(yè)化產(chǎn)品；陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝，也用于軍事產(chǎn)品，占少量商業(yè)化市場；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜?，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分的市場份額；金屬封裝陶瓷封裝塑料封裝封裝形式30◆按與PCB板的連接方式劃分為：

PTHPTH-PinThroughHole,通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面貼裝式。目前市面上大部分IC均采為SMT式的SMT封裝形式31◆按封裝外型可分為：DIP、SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、PGA、BGA、CSP等；◆決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素:封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近1:1；引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級，但是工藝難度也相應(yīng)增加；其中，CSP由于采用了FlipChip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了芯片面積/封裝面積接近1:1，為目前最高級的技術(shù)；DIP（Dual-inlinePackage)32雙列直插式或封裝雙入線封裝，DRAM或小規(guī)模集成電路的封裝形式。QFP-（QuadFlatPackage）33方型扁平式封裝PGA(PinGridArray)34陣列引腳封裝PGA(PinGridArray)35PGA(PinGridArray)36BGA-BallGridArray37球柵陣列式封裝Ball38引線框架（ReadFrame）39提供電路連接和Die的固定作用；主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)行鍍銀、

NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp兩種；易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度小?0%RH;除了BGA和CSP外，其他Package都會(huì)采用ReadFrame，BGA采用的是Substrate；焊接金線（GoldWire）40實(shí)現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物理連接；金線采用的是99.99%的高純度金；同時(shí)，出于成本考慮，目前有采用銅線和鋁線工藝的。優(yōu)點(diǎn)是成本降低，同時(shí)工藝難度加大，良率降低；線徑?jīng)Q定可傳導(dǎo)的電流；0.8mils，1.0mils，1.3mils，1.5mils和2.0mils；Multi-ChipModules41MCM42IBMPower5CPUusingMCM-Ctechnologyasa95x95mmmodule封裝流程43FOL/前段EOL/中段Plating/電鍍EOL/后段FinalTest/測試44BackGrinding磨片WaferWaferMount晶圓安裝WaferSaw晶圓切割WaferWash晶圓清洗DieAttach芯片粘接EpoxyCure銀漿固化WireBond引線焊接2ndOptical第二道光檢3rdOptical第三道光檢EOLFOL–FrontofLine前段工藝引線焊接（WireBonding）45陶瓷劈刀Capillary內(nèi)穿金線，并且在打火桿EFO的作用下，高溫?zé)?；金線在Cap施加的一定壓力作用下，形成BondBall；金線在Cap施加的一定壓力作用下，形成Wedge；引線焊接（WireBonding）46EFO打火桿在磁嘴前燒球Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊點(diǎn)Cap牽引金線上升Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap側(cè)向劃開，將金線切斷，形成魚尾Cap上提，完成一次動(dòng)作47EOL–EndofLine后段工藝Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高溫固化De-flash/Plating去溢料/電鍍Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光檢Note：JustForTSSOP/SOIC/QFPpackageAnnealing電鍍退火注塑（Molding）48-L/F置于模具中，每個(gè)Die位于Cavity中，模具合模。-塊狀EMC放入模具孔中-高溫下，EMC開始熔化，順著軌道流向Cavity中-從底部開始，逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢，成型固化注塑（Molding）49為了防止外部環(huán)境的沖擊，利用EMC

把WireBonding完成后的產(chǎn)品封裝起

來的過程，并需要加熱硬化。BeforeMoldingAfterMolding激光打字（LaserMark）50在產(chǎn)品（Package）的正面或者背面激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；BeforeAfter模后固化51用于Molding后塑封料的固化，保護(hù)IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。

CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrs去溢料52BeforeAfter目的：De-flash的目的在于去除Molding后在管體周圍Lead之間

多余的溢料；

方法：弱酸浸泡，高壓水沖洗；電鍍（Plating）53BeforePlatingAfterPlating◆利用金屬和化學(xué)的方法，在Leadframe的表面鍍上一層鍍層，以防止外界環(huán)境的影響（潮濕和熱）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高導(dǎo)電性。◆電鍍一般有兩種類型：

Pb-Free：無鉛電鍍，采用的是>99.95%的高純度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合Rohs的要求；

Tin-Lead：鉛錫合金。Tin占85%，Lead占15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；電鍍退火54目的：讓無鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時(shí)間，目的在于