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                                      一文了解芯片生產制造流程
                                      來源:公眾號【IC男奮斗史】 | 作者:IC男奮斗史 | 發布時間: 2022-03-01 | 1527 次瀏覽 | 分享到:

                                      晶圓制造


                                      高大上的芯片最初的原材料其實是沙子,這也是科學技術神奇的地方。沙子的主要成分是二氧化硅(SiO2),而脫氧后的沙子最多包含25%的硅元素,硅是地殼內第二豐富的元素,這也是半導體制造產業的基礎。



                                      沙子經過熔煉和多步凈化與提純就可以得到用于半導體制造的高純度多晶硅,學名電子級硅,平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質原子。24K金大家都知道吧,黃金純度高達99.998%,但是還是沒有這個電子級硅的純度高。


                                      把高純度多晶硅放在單晶爐內拉制,就可以得到接近圓柱形的單晶硅錠,重量大約100千克,硅純度高達99.9999%以上。再將單晶硅錠橫向切割成圓形的單個硅片,就得到了單晶硅片,這也就是我們常說的用來制造芯片的晶圓(Wafer)。


                                      單晶硅在電學性質和力學性質等方面的表現都要比多晶硅更好一些,所以半導體制造都是以單晶硅為基本材料。


                                      舉個生活中的例子,可以幫大家理解多晶硅與單晶硅。冰糖大家應該都見過,小時候經常吃的像方形小冰塊一樣的冰糖,其實就是單晶冰糖。相應的也有多晶冰糖,形狀通常不規則,用來做中藥或者熬湯用,有潤肺止咳的功效。


                                      同一種物質晶體排列結構不同,其性能和用處也會不盡相同,甚至差異明顯。


                                      半導體制造企業,例如英特爾、臺積電和中芯國際等工廠通常不生產晶圓,只是晶圓的搬運工,都是從Wafer供應商那里直接購買。


                                      晶圓制造就是要把設計好的電路(專業術語叫掩膜,英文名為Mask)在晶圓上實現出來。


                                      首先我們需要把光刻膠(Photo Resist)均勻鋪在晶圓表面,在這個過程中需要保持晶圓旋轉,這樣可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。然后光刻膠層透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下,變得可溶。


                                      掩模上印著預先設計好的電路圖案,紫外線透過它照在光刻膠層上,就會形成電路的每一層圖案。一般來說,在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。


                                      接下來是溶解光刻膠,曝光在紫外線下的光刻膠被化學試劑溶解掉,清除后留下的圖案和掩模上的一致。然后是蝕刻,使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分,剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。蝕刻完成后,光刻膠的使命宣告完成,全部清除后就可以看到設計好的電路圖案。這一系列過程我們稱之為光刻。


                                      光刻的過程其實類似于我們生活中用傻瓜照相機拍照的過程。鋪上光刻膠的晶圓就是相機的膠片,我們要拍攝的實物就是掩膜,拍照的過程就是半導體曝光的過程,沖洗膠片的過程就類似于后面的蝕刻以及溶解光刻膠。


                                      最后的結果也有些類似,光刻將設計好的電路在晶圓上實現了出來,得到了芯片,如同拍照將實物的樣子在膠片上實現了出來,得到了照片。


                                      光刻是芯片制造過程中最主要的工藝之一。通過光刻,我們就實現了把設計好的電路鋪在晶圓上,重復進行就可以在晶圓上實現多個相同的電路,每一個電路都是一個單獨的芯片,英文稱為die。實際的芯片制造流程比這個復雜得多,通常需要經過成百上千道工序。所以說半導體是制造業的皇冠。


                                      了解芯片制造流程對于從事半導體生產制造相關的崗位比較重要,尤其是FAB廠如臺積電、中芯國際等工廠的技術人員,或者芯片研發團隊的量產相關崗位如產品工程師、測試工程師等,都屬于必備的基礎知識。


                                      CP測試


                                      CP是Chip Probing的縮寫,CP測試屬于晶圓級測試,是通過探針卡(Probe Card)和探針臺(Prober)使自動化測試設備(ATE,Automatic Test Equipment)到晶圓上的單顆芯片(die)之間建立電氣連接。CP測試的目的是確保每顆die都能滿足芯片的設計規格(Specification),篩除其中有問題的die,然后再去做芯片封裝。這樣就可以減少芯片封裝的成本,同時保證芯片的質量。



                                      CP測試需要的硬件設備包括探針卡、探針臺、ATE測試機臺以及測試機與探針卡之間的接口(Mechanical Interface)。


                                      測試工程師需要基于ATE測試平臺開發CP測試程序,內容通常包括電氣連接性測試、功能測試和參數測試等。CP測試程序會根據測試結果Pass或者Fail進行分Bin并生成Inkless Map,標記出測試Fail die的wafer map圖。


                                      CP測試結果通常以良率的形式進行統計,良率就是指pass die占測試die總數的百分比。相應的,良率損失是指fail die占測試die總數的百分比。CP測試也稱為中測,是半導體后道封裝測試的第一站,也是芯片制造完成后第一道驗證芯片設計規格的測試。


                                      從節省芯片生產成本的角度考慮,我們應該把盡可能多的測試項目都放到CP測試中,提高CP測試覆蓋率,盡可能早地把有問題的芯片篩出去。但是相應地,CP測試硬件的成本(主要是探針卡和測試機臺)也會上升,歸根到底其實就是一個需要折中考慮的問題。


                                      如果芯片市場需求量相對較大,測試硬件成本與銷售利潤來比微不足道,那就應該盡量提高CP測試覆蓋率。反之,就需要考慮節省硬件成本。


                                      了解CP測試對于從事半導體封裝測試相關的崗位比較重要,尤其是封測廠如日月光、安靠、長電等CP測試相關的技術人員,或者芯片研發團隊的量產相關崗位如產品工程師、測試工程師等,都屬于必備的基礎知識。

                                      未完待續…... 




                                      源文地址:https://mp.weixin.qq.com/s/S0x5qIVwUnJB5H3h5U4i7w 略有刪減

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                                      珠海市中芯集成電路有限公司是一家專業從事集成電路后序加工的高科技電子公司,可以為客戶提供晶圓測試(wafer testing)、晶圓切割Dicing Saw(半切及貼膜全切) 、晶圓研磨減?。╳afer back grinding)、成品測試及tcp/cof/cob封裝等全方位的服務。公司是中國半導體行業協會會員,珠海市軟件行業協會副會長單位,獲授國家高新技術企業,廣東省“守合同重信用”企業,通過ISO 9001:2008和ISO 9001:2015體系認證。中芯的行為準則是“以客戶為中心,以質量求生存,以服務求發展!”,希望通過我們的專業程度和不懈的努力,為客戶提供低成本、高品質的產品。

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