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    内圆切片机设计 第 1 章 前 言 1.1 内圆切片机的发展和现状 为了提高 IC 生产线的生产效率,降低生产成本,IC 生产线所需硅圆片直径 不断增大。 为了满足硅圆片加工的需要,硅片切割设备一方面向大片径化方向发 展,另一方面向高精度、高自动化及高智能化方向发展。 从世界半导体工业的发展来看,八十年代中期普遍使用 150m 圆片,该生产 线于 1996 年发展到鼎盛时期,当时 150mm 硅片消耗量为世界圆片消耗量的 50%。1990 年开始应用 200mm 圆片,该生产线将于 2003 年达到高峰。于此同 时,300mm 圆片生产线已于 1995 年建成试验性生产冰冻切片组织的制备固定将组织置于4%多聚甲醛固定液中4℃摇床过夜。将固定后的标本用1XPBS漂洗三次每次15分钟。脱水将组织置于30%蔗糖溶液中4℃摇床过夜。第二天观察是否脱水完全判断的标准是当管竖直时组织是否沉到蔗糖溶液的底部若组织已完全沉降到蔗糖溶液的底部平放或震荡后仍能沉降则可判断组织已脱水完全。包埋将组织倒入培养皿中用眼科刀将脑和脊髓根据切片切面的需要在不同的部位切开并做好头尾端的标记。之后将组织置于包埋盒中用滤纸吸干组织周围多余的蔗糖溶液滴加ocT(optimalcuttingtemperaturecompound)到包埋盒中用移液枪头切片机张刀对切片质量的影响 内圆切片机是IC行业中对半导体材料进行切片的设备,它是以内圆刀片作高速旋转运动,而刀片内圆刃口镀上金刚砂,被切割材料相对于刀片旋转中心在径向做相对运动,从而实现对材料的切割。刀片基体材料为0.1 mm厚的不锈钢钢带。由于钢带本身具有抗拉伸强度的机械特点,所以利用张刀装置将刀片和连接刀片的刀环形成刚体,在张力的作用下,使刀片产生刚性而满足在切割过程中刀体的刚度。 1.刀片的张刀装置   刀片的张刀方式一般有两种,一种是液压张刀,另一种是机械张刀。 1.1液压张刀   液压张刀方式 《晶圆处理制程介绍》 基本晶圆处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗(Cleaning)之后,送到热炉管(Furnace)内,在含氧的环境中,以加热氧化(Oxidation)的方式在晶圆的表面形成一层厚约数百个的二氧化硅层,紧接着厚约1000 到2000的氮化硅层将以化学气相沈积Chemical Vapor Deposition;CVP)的方式沈积(Deposition)在刚刚长成的二氧化硅上,然后整个晶圆将进行微影(Lithography)的制程,先在晶圆上上一层光阻(Photoresist),再将光罩上的图案移转到光阻上面。接着利用蚀刻(Etching)技术,将部份未 被光阻保护的氮化硅半导体制造技术 第 1 章 半导体工业简介,,DE LIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,授课老师:王宣胜,课程大纲,叙述目前半导体工业的经济规模与工业基础。 说明IC结构,并且列出5个积体年代。 讨论晶圆及制造晶圆的5个主要阶段。 叙述与讨论晶圆制造的改进技术之3项重要趋势。 说明临界尺寸(CD)的定义,同时讨论Moore’s定律与未来晶圆发展的关系。 从发明晶体管开始到现今晶圆制造,讨论电子工业的发展历程。 讨论半导体工业中生涯发展的不同路线。,,,微处理芯片,微处理机芯片 (Photo courtesy of Advanced Micro Devices),微处理机芯片 (Photo c半导体工艺技术,主讲:彭振康,目录,第一章:半导体产业介绍 第二章:器件的制造步骤 第三章:晶圆制备 第四章:芯片制造 第五章:污染控制 第六章:工艺良品率,第一章 半导体产业介绍,概述 微电子从40年代末的第一只晶体管(Ge合金管)问世,50年代中期出现了硅平面工艺,此工艺不仅成为硅晶体管的基本制造工艺,也使得将多个分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为可能,随着制造工艺水平的不断成熟,使微电子从单只晶体管发展到今天的ULSI。 回顾发展历史,微电子技术的发展不外乎包括两个方面:制造工艺和电路设计,而这两个又是By Dianne Shi and Ilan Weisshas   本文介绍,先进封装(advanced packaging)的后端工艺(back-end)之一:晶圆切片(wafer dicing)。 在过去三十年期间,切片(dicing)系统与刀片(blade)已经不断地改进以对付工艺的挑战和接纳不同类型基板的要求。最新的、对生产率造成最大影响的设备进展包括:采用两个切割(two cuts)同时进行的、将超程(overtravel)减到最小的双轴(dual-spindle)切片系统,代表性的有日本东精精密的AD3000T和AD2000T;自动心轴扭力监测和自动冷却剂流量调节能力。重大的切片刀片进步包括一些刀片,它们用于很窄条和/或By Dianne Shi and Ilan Weisshas   本文介绍,先进封装(advanced packaging)的后端工艺(back-end)之一:晶圆切片(wafer dicing)。 在过去三十年期间,切片(dicing)系统与刀片(blade)已经不断地改进以对付工艺的挑战和接纳不同类型基板的要求。最新的、对生产率造成最大影响的设备进展包括:采用两个切割(two cuts)同时进行的、将超程(overtravel)减到最小的双轴(dual-spindle)切片系统,代表性的有日本东精精密的AD3000T和AD2000T;自动心轴扭力监测和自动冷却剂流量调节能力。重大的切片刀片进步包括一些刀片,它们用于很窄条和/或第四章 晶圆制备,晶棒还要经过一系列加工才能形成符合半导体芯片制造要求的半导体衬底,即晶圆,如图4-1所示。,图4 -1 晶圆,第四章 晶圆制备,第一节晶圆制备工艺 一、截断,,图4-2截断,二、直径滚磨 由于晶体生长中直径和圆度的控制不可能很精确,所以硅棒都要长得稍大一点以进行径向研磨。,图4.3直径研磨,三、磨定位面 单晶体具有各向异性特点,必须按特定晶向进行 切割,才能满足生产的需要,也不至于碎片,所以切 割前应先定向。 定向的原理是用一束可见光或X光射向单晶锭端 面,由于端面上晶向的不同,其反射的图形也不同。 根据反射图第1 4卷 第5期 2 0 0 6年1 0月 光学 精密工程 O p t i c sa n dP r e c i s i o nE n g i n e e r i n g V o l . 1 4 N o . 5 O c t . 2 0 0 6 收稿日期:2 0 0 6  0 2  1 5; 修订日期:2 0 0 6  0 7  2 0. 基金项目: 国家8 6 3计划重大项目(N o . 2 0 0 4 AA 3 1 G 1 2 0) , 北京市科委重大项目(N o . H 0 2 0 4 2 0 0 7 0 0 1 1) 资助。 文章编号 1 0 0 4  9 2 4 X(2 0 0 6)0 5  0 浙江光普能源有限公司,多晶硅片生产工艺介绍,多晶硅片生产技术部,目录 一、光伏产业链 二、多晶硅片生产流程 三、半导体和硅材料 四、多晶硅片生产技术指标(简介),一、光伏产业链,“晶体硅原料生产”+“硅棒/硅锭生产”为光伏产业链上游;“太阳能电池制造”+“组件生产”+“光伏产品生产”为光伏产业链中游;“光伏发电系统”为光伏产业链下游。,,,,,,二、多晶硅片生产流程,多晶硅片的生产流程包括:多晶原料清洗、检测→坩埚喷涂→多晶铸锭→硅锭剖方→ 硅块检验→去头尾→磨面、倒角→粘胶→切片→硅片脱胶→硅片清洗→硅片检验→硅1,一、晶体结构 二、晶面与晶向 三、晶体中的缺陷和杂质 四、单晶硅的制备 五、晶圆加工,第2章 半导体材料,2,晶体结构 晶体可分为单晶和多晶,若在整块材料中,原子都是规则的、周期性的重复排列的,一种结构贯穿整体,这样的晶体称为单晶,如石英单晶,硅单晶,岩盐单晶等。多晶是由大量微小的单晶随机堆砌成的整块材料。实际的晶体绝大部分是多晶,如各种金属材料和电子陶瓷材料。由于多晶中各晶粒排列的相对取 向各不相同,其宏观性质往往表现为各 向同性,外形也不具有规则性。,3,半导体材料硅、锗等都属金刚石结构。金刚石结构可以1 liuzhidong1 LOGO 第三章 半导体晶体的 切割及磨削加工 第三章 半导体晶体的 切割及磨削加工 第三章 半导体晶体的 切割及磨削加工 第三章 半导体晶体的 切割及磨削加工 liuzhidong2 硅片加工准备阶段的流程硅片加工准备阶段的流程 liuzhidong3 单晶硅片加工过程模拟单晶硅片加工过程模拟单晶硅片加工过程模拟单晶硅片加工过程模拟 liuzhidong4 一、 硅单晶棒的截断一、 硅单晶棒的截断 对硅单晶棒首先需要采用外圆切割(OD Saw)、内 圆切割(ID Saw)或带锯切割(Band Saw)进行两头截 断,其目的主要是: 对硅单晶棒首先需要采用外圆黄君凯 教授,第四章 半导体集成电路,硅平面工艺 制造工艺在同一硅片衬底的表平面上进行的工艺。 纯度要求:杂质原子浓度少于 ,即浓度达 以上。 单晶的直拉法(CZ 法)制备 熔化多晶硅 掺杂成 n 或 p 型 Si(多晶) 以高质量籽晶作为母晶吸附多晶熔液 缓慢旋转提升籽晶形成等径单晶 Si 棒 切薄片 化学腐蚀 抛光 衬底单晶硅片,4.1.1 衬底单晶材料的制备,,,,,,,,,,,黄君凯 教授,黄君凯 教授,一、氧化工艺 在单晶体硅衬底表面生长一层均匀致密的 SiO2 膜技术 (1)干氧氧化 原理 装置 (见右图) 过程,4.1.2 硅平面工艺方法,Introduction of IC Assembly Process IC封装工艺简介,艾,,Company Logo,IC Process Flow,Customer 客 户,IC Design IC设计,Wafer Fab 晶圆制造,Wafer Probe 晶圆测试,Assembly& Test IC 封装测试,SMT IC组装,,,,,,,,Company Logo,IC Package (IC的封装形式),Package--封装体: 指芯片(Die)和不同类型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封装体。 IC Package种类很多,可以按以下标准分类: 按封装材料划分为: 金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和PCB板连接方式分为: PTH封装和SMT封装 按照封装外型可分为: SOT、SO半导体制造工艺,张渊 主编,张渊 主编,半导体制造工艺,高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材,第1章 绪 论,第1章 绪 论,1.1 引言 1.2 基本半导体元器件结构 1.3 半导体器件工艺的发展历史 1.4 集成电路制造阶段 1.5 半导体制造企业 1.6 基本的半导体材料 1.7 半导体制造中使用的化学品 1.8 芯片制造的生产环境,1.1 引言,图1-1 集成电路组成的抽象结构图,1.1 引言,图1-2 典型的半导体芯片的制造流程,1.2 基本半导体元器件结构,图1-3 由二极管、MOS场效应晶体管和电阻组成的SRAM电路图,1.2 基本半导体元器件结构,1.2.1 无源元件结构 1. 1,半导体器件与工艺,,2,一、衬底材料的类型 元素半导体 Si、Ge…. 2. 化合物半导体 GaAs、SiC 、GaN…,3,二、对衬底材料的要求,导电类型:N型与P型都易制备; 电阻率:0.01-105·cm,均匀性好(纵向、横向、微区)、可靠性高(稳定、真实); 寿命(少数载流子):晶体管—长寿命; 开关器件—短寿命; 晶格完整性:低位错(;MOS--; 直径、平整度、禁带宽度、迁移率等。,4,Si: 含量丰富,占地壳重量25%; 单晶Si 生长工艺简单,目前直径最大18英吋(450mm) 氧化特性好, Si/SiO2界面性能理想,可做掩蔽膜、钝化膜、介质隔离半导体制造工艺流程,半导体相关知识,本征材料:纯硅 9-10个9 250000Ω.cm N型硅: 掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅: 掺入 III族元素—镓Ga、硼B PN结:,,,N,P,,,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,半 导体元件制造过程可分为,前段(Front End)制程 晶圆处理制程(Wafer Fabrication;简称 Wafer Fab)、 晶圆针测制程(Wafer Probe); 後段(Back End) 构装(Packaging)、 测试制程(Initial Test and Final Test),一、晶圆处理制程,晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件(如电晶体、电容体、逻辑闸等),为上述各制程第四章 半导体单晶和薄膜制造技术,4.1 半导体单晶的制造,单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。直径越大的圆片,所能刻制的集成电路越多,芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同,分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材,外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域,广半导体单晶激光定向半导体单晶激光定向 【引言】 目前,半导体的研究和生产所用的材料仍以硅、锗及化合物半导体为主。它们的结构主 要是金刚石,闪锌矿和纤维矿结构。晶体的鲜明的特点是各个方向性质不同。即具有各向异 性的特点。在不同的晶轴方向,它们的物理性能,化学性能差别非常大。例如:晶面的法向 生长速度,腐蚀速度。杂质的扩散速度,氧化速度,以及晶面的解理特性等等,都由于晶体 的取向不同而不同。况且在科研和生产中,由于我们制造的器件使用目的不同。往往也要求 我们所用基片的半导体材料的晶向不同。所以我们需首先对单晶半导体材料制备技术,布里奇曼Bridgman法 GaAs 直拉生长Czochralski法 GaAs 单晶硅 区熔生长 单晶硅,A scientist from Kcynia Poland, Jan Czochralski, was many years ahead of his time. In 1916 he developed a method for growing single crystals, which was basically forgotten until after World War II. Today the semiconductor industry depends on the Czochralski method for manufacturing billions of dollars worth of semiconductor materials. He was accused of being a Nazi sympathizer but was later acqu半导体材料与集成电路基础,第三讲:单晶硅生长及硅片制备技术,内容,多晶硅原料制备技术 石英坩埚的制备技术 硅单晶生长方法 单晶硅生长过程的技术要点,硅晶片的生长技术,单晶硅基片(Silicon Wafer),之所以在诸多半导体元素如锗(Germanium)或化合物半导体如砷化稼(GaAs)等材料中脱颖而出,成为超大规模集成电路(VLSI)元器件的基片材料,其原因在于,首先,硅是地球表面存量丰富的元素之一,而其本身的无毒性以及具有较宽的带宽(Bandgap)是它在微电子基片中能够获得应用的主要原因。当然,对于高频需求的元器件,硅材料则没有如砷化稼般的单晶硅生长技术现状,2019/10/24,单晶硅简介,硅(Si)材料是信息技术、电子技术和光伏技术最重要的基础材料。 从某种意义上讲, 硅是影响国家未来在高新技术和能源领域实力的战略资源。 作为一种功能材料, 其性能应该是各向异性的, 因此半导体硅大都应该制备成硅单晶, 并加工成抛光片, 方可制造IC器件, 超过98%的电子元件都是使用硅单晶,2019/10/24,单晶硅简介,单晶硅属于立方晶系,金刚石结构,是一种性能优良的半导体材料。 自上世纪 40 年代起开始使用多晶硅至今,硅材料的生长技术已趋于完善,并广泛的应用于红外光谱频率光学元件、红外及JILIN UNIVERSITY 集成电路工艺集成电路工艺 INTEGRATED CIRCUIT TECHNOLOGY 集成电路工艺技术集成电路工艺技术 Integrated Circuit Technology 康博南康博南 JILIN UNIVERSITY 集成电路工艺集成电路工艺 INTEGRATED CIRCUIT TECHNOLOGY 第一章 半导体衬底 第二章 氧化 第三章 扩散 第四章 离子注入 第五章 光刻 第六章 刻蚀 第七章 化学气相沉积 第八章 化学机械化平坦 第九章 金属化工艺 第十章 第一章 半导体衬底 第二章 氧化 第三章 扩散 第四章 离子注入 第五章 光刻 第六章 刻蚀 第七章 化学气相沉积 第八章 化学机械化平坦 第九章 半导体专用设备简介半导体专用设备简介 1 概述概述 作为军用电子元器件的技术支撑,专用设备(以下也称为工艺设备或制造设备)是重要基 础之一。在成百上千种电子元器件专用设备中,半导体专用设备集光、机、电、计算机技术 于一体,汇各工业领域尖端技术之大成,是最具先进性和代表性的设备。限于篇幅,本章仅 以半导体设备作为基本内容加以介绍。 在半导体制造中,通常把专用设备分为前道工艺设备(晶圆制造)、后道工艺设备(组 装与封装)、制版设备和材料制备设备,其中都包括检测设备和仪器。如图 2.1 和 2.2 所示, 按照半导体工艺 第39卷 第2期 人 工 晶 体 学 报 Vol . 39 No. 2 2010年4月 JOURNAL OFSYNTHETI C CRYSTALS April, 2010 单晶炉导流筒、 热屏及炭毡对单晶硅 生长影响的优化模拟 苏文佳 1 ,左 然 1 ,Vladimir Kalaev 2 (1. 江苏大学能源与动力工程学院,镇江212013; 2. STR Group, St .Petersburg, Russia) 摘要:在CZ法生长太阳能级单晶硅中,单晶炉的导流筒、 热屏和炭毡对晶体生长有很大影响。通过对上述三个部 件进行改进优化,并通过数值模拟对优化前后晶体和熔体的热场、 热屏外表面与石英坩埚内壁面之间的氩气流场 以及晶体中的热应TDR85A-ZJS单晶炉的机械 结构与维修,,背景 — 半导体生产流程,,,,,,,,拉制单晶棒 (本产品研究环节),石英砂-金属硅,多晶,单晶硅棒,单晶硅片,集成电路,太阳能电池,太阳能电池应用,集成电路应用,设 备 简 介,直拉式单晶硅生长炉是一种高效率制备硅单晶体的设备。 将多晶硅原料放在炉体的石英坩埚内进行高温熔化(大于1450℃),在低真空度和氩气保护下,通过籽晶插入多晶硅熔体后,在籽晶周围形成过冷态并进行有规律结晶生长,形成一根单晶棒体。,,,工艺过程,加热器,籽晶,CCD,坩埚提升旋转机构,坩埚,抽真空 检漏 调压 熔料 稳定 熔接 单晶炉单晶炉设备设备行业行业分析分析 一一、、全球光伏产业发展概况全球光伏产业发展概况 光伏产业为新能源产业中发展最快的子行业之一。 整个新能源产业的发展源于传统能源 的不断消耗及其价格的不断走高, 以及人类对温室效应和环境变化重视程度的不断加深。 全 世界都向可新能源产业不断投入人力物力, 寄希望与各种可再生的、 环保的新能源重塑人类 社会发展的能源基础, 维持长久发展。 百年一遇的金融危机更使得全世界认识到基础能源价 格上涨带来的巨大危害以及替代能源的必要性。 在各种新能源解决方案中,光伏产业,又称太阳,直拉单晶硅工艺技术,主讲教师:裴迪 石油化工学院,1,第二章 直拉单晶炉,直拉单晶炉是用于直拉法单晶生长的设备。 炉子分两部分组成:机械部分和电控系统。 炉体为一带水套的不锈钢炉室,其内装有由石墨加热器和石墨保温套构成的热场。 籽晶轴和坩埚轴分别从炉室顶部和底部插入炉内,两轴具有转动和升降的机械传动系统。 下轴顶端装有石英坩埚,埚内可装入多晶硅料以供拉晶用,为了提高生产效率,降低成本,也为了保证器件参数的一致性、可靠性,都希望直拉单晶大直径化,设备控制高度自动化。目前世界上已制造出了装料量达400kg以上,单晶第二节 硅片制备中的热工设备 --单晶炉和多晶硅铸锭炉,一、 单晶炉,目前在所有安装的太阳电池中,超过90%以上的是晶体硅太阳电池,因此位于产业链前端的硅锭/片的生产对整个太阳电池产业有着很重要的作用。 太阳电池硅锭主要有单晶硅锭和多晶硅锭,这两种硅锭。 单晶硅做成的电池效率高,但硅锭生产效率低,能耗大; 多晶硅电池效率比单晶硅低一些,但硅锭生产效率高,在规模化生产上较有优势。 目前国际上以多晶硅硅锭生产为主,而国内由于人工成本低,国产单晶炉价格低,因此国内单晶硅硅锭的产能比多晶硅大得多。,1.1 切克劳斯基法(Cz第二章 半导体制造工艺,白雪飞 中国科学技术大学电子科学与技术系,硅制造 光刻技术 氧化物生长和去除 扩散和离子注入 硅淀积和刻蚀 金属化 组装,提纲,2,硅制造,冶金级多晶硅 石英矿和碳加热至2000℃,得到液态熔融硅 冷却后形成由大量细小晶粒结合在一起的多晶硅 SiO2 + 2C  Si + 2CO 半导体级多晶硅 冶金级硅与HCl气体在高温和催化剂下反应,生成三氯硅烷SiHCl3 三氯硅烷常温下为液态,经蒸馏提纯 用氢气将纯净的三氯硅烷还原为多晶硅单质 SiHCl3 + H2  Si + 3HCl,多晶硅制造,4,Czochralski (CZ) 工艺,晶体生长,5,晶体生长过程,6,硅300mm硅单晶及抛光片标准 有研半导体材料股份有限公司 孙燕 300mm硅抛光片的产品、工艺技术在国外已经很成熟。 而在我国起步较晚,还处于试验阶段。 因此对于集成电路所需的300mm硅片的基本参数指标、 金属污染和缺陷控制、表面形态与质量、成本等都面临着新 的挑战。硅材料的生产工艺、技术、检测方法已成为今后研 究的主要内容,同时也是推动产业发展的关键所在。 随着300mm硅单晶及抛光片的诞生,我们也面临一个制定 相应的国家标准的问题。 一、300 mm硅单晶及抛光片现状 有研硅股1997年成功拉制了第一根300mm硅单晶。近几年 来一直生 1 6 英寸重掺砷硅单晶及抛光片 6 英寸重掺砷硅单晶及抛光片 有研半导体材料股份有限公司 有研半导体材料股份有限公司 1 半导体硅材料在国民经济中的意义 半导体硅材料在国民经济中的意义 在全球信息化和经济全球化的进程中,以通信业、计算机业、网络业、家电业为代表 的信息技术,获得了飞速发展,信息产业已经成为每一个发达国家的第一大产业。进入 21 世纪以来, 我国信息产业的发展已超过传统产业而成为国民经济中第一大产业和对外出口创 汇的支柱产业。半导体工业,特别是集成电路工业是信息产业的基础和核心,是国民经济现 代化与第9 卷第6 朝 2 0 0 3 年12 月 上海大学学报( 自然科学版) J O U R N A LO FS H A N G H A IU N I V E R S I T Y ( N A T U R A LS C I E N C E ) V 0 1 .0 .N o5 D e c2 0 0 3 文章编号:10 0 72 8 6 1 ( 2 0 0 3 ) 0 8 —0 4 9 40 9 化学机械抛光技术的研究进展+ 雷红1 ,雒建斌2 ,张朝辉2 ( 1 .上海大学纳米中心,上海2 0 0 4 3 6 { 2 .清华大学摩擦学国家重点实验室,北京1 0 0 0 8 4 ) 摘要:化学机械抛光( c h e m i c a lm e c h a n i c a lp o l i s h i n g ,简称C M P ) 技术几乎是迄今惟一的可以提供全局平面化的表 面化学机械抛光(CMP)技术的发展、 应用及存在问题 雷红 雒建斌 马俊杰 (清华大学摩擦学国家重点实验室 北京 100084) 摘要:在亚微米半导体制造中,器件互连结构的平坦化正越来越广泛采用化学机械抛光(CMP)技术,这几乎是 目前唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术。本文综述了化学机械抛光的基本工作原理、发展状况 及存在问题。 关键词: CMP 设备 研浆 平面化技术 Advances and Problems on Chemical Mechanical Polishing Lei Hong Luo Jianbin Ma Junjie (The State KeyLaboratery of Tribology , Tsinghua University ·2 2 · 材料导报2 0 0 4 年1 2 月第1 8 卷第1 2 期 化学机械抛光技术及S i 0 2 抛光浆料研究进展。 宋晓岚吴雪兰王海波 曲 鹏邱冠周 ( 中南大学资源生物学院,长沙4 1 0 0 8 3 ) 摘要随着半导体工业和集成电路( I C ) 工艺的飞速发展,化学机械抛光( C M P ) 作为目前唯一能提供超大规模 集成电路( V L s I ) 制造过程中全面平坦化的一种新技术,已成为各国争相研究的热点。介绍了C M P 技术的产生、优势、 发展、理论、设备与耗材;着重介绍了S i 0 :浆料的国内外研究现状,并展望了C M P 技术及S i O :浆料的研究开发和应 化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液 一、行业的界定与分类 2 (一)化学机械抛光 2 1、化学机械抛光概念 2 2、CMP工艺的基本原理 2 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 2 4、CMP过程 2 5、CMP技术的优势 2 (二)化学机械抛光液 3 1、化学机械抛光液概念 3 2、化学机械抛光液的组成 3 3、化学机械抛光液的分类 3 4、CMP过程中对抛光液性能的要求 3 (三)化学机械抛光液的应用领域 3 二、原材料供应商 4 三、化学机械抛光液行业现状 4 (一)抛光液行业现状 4 1、国际市场主要抛光液企业分析 4 2、我国抛光液行业运行化学机械抛光 CMP,硅片的表面起伏问题与解决方案 化学机械平坦化CMP CMP主要影响因素 工艺参数因素与选择 抛光液相关问题探讨,,,,,,硅片的表面起伏问题,双层金属IC的表面起伏,平坦化的定性说明,1)未平坦化,2)平滑:台阶角度圆滑和侧壁倾斜,台阶高度未减,3)部分平坦化:平滑且台阶高度局部减小,平坦化的定性说明,4)局部平坦化:完全填充较小缝隙或局部区域。相对于平整区域的总台阶高度未显著减小,5)全局平坦化:局部平坦化且整个Si片表面总台阶高 度显著减小,化学机械平坦化CMP 获取全局平坦化的一种手段是化学机械抛光(简称CMP)半导体单晶抛光片清洗工艺分析 赵权 (中国电子科技集团公司 第四十六研究所,天津300220) 摘要:通过对Si , CaAs , Ge等半导体材料单晶抛光片清洗工艺技术的研究,分析得出了半 导体材料单晶抛光片的清洗关键技术条件。首先用氧化性溶液将晶片表面氧化,然后用一定的方 法将晶片表面的氧化物去除,从而实现对晶片进行清洗的目的。采用这种先氧化再剥离的方法, 可有效去除附着在晶片表面的杂质及各种沾污物。对于不同的材料,氧化过程以及剥离过程可以 在不同的溶液中相互独立地进行;也可以组合在一起,使用一种混合液同时实现氧化及剥离。采 用氧半导体相关知识,本征材料:纯硅 9-10个9 250000Ω.cm N型硅: 掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅: 掺入 III族元素—镓Ga、硼B PN结:,,,N,P,,,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,半 导体元件制造过程可分为,前段(Front End)制程 晶圆处理制程(Wafer Fabrication;简称 Wafer Fab)、 晶圆针测制程(Wafer Probe); 後段(Back End) 构装(Packaging)、 测试制程(Initial Test and Final Test),一、晶圆处理制程,晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件(如电晶体、电容体、逻辑闸等),为上述各制程中所需技术最复杂且资半导体化学分析,半导体制造工艺中的化学原理 半导体化学分析技术 1. 原子光谱分析 (1) 原子吸收光谱 (2) 原子发射光谱 2. 等离子体质谱 3. 色谱 4. 红外光谱,参考书,半导体器件工艺 上海科学技术文献出版社 半导体器件工艺原理 人民教育出版社 半导体化学原理 李家值 科学出版社 Electronic Materials Chemistry H. Bernbard Pogge 原子光谱分析 邱德仁 Modern Methods for Trace Element Determination C. Vandecasteele and C. B. Block 电感耦合等离子体质谱手册 K.E 贾维斯,A.L格雷,R.S霍克 著,尹明,李冰译,半抛光技术及抛光液 一、抛光技术 最初的半导体基片(衬底片)抛光沿用机械抛光、例如氧化镁、氧化锆抛光等,但是得到的晶片表面损伤是及其严重的。直到60年代末,一种新的抛光技术——化学机械抛光技术(CMP Chemical Mechanical Polishing )取代了旧的方法。CMP技术综合了化学和机械抛光的优势: 单纯的化学抛光,抛光速率较快,表面光洁度高,损伤低,完美性好,但表面平整度和平行度差,抛光后表面一致性差; 单纯的机械抛光表面一致性好,表面平整度高,但表面光洁度差,损伤层深。 化学机械抛光可以获得较为完美的表面,又可C I C 中国集成电路 C h in a ln te g r a te d C ir c u lt 创新专栏 2 0 0 7·7· (总第9 8 期) h t t p:/ / w w w . c i c ma g . c o m 1、 产品及其简介 公司立足自主创新, 攻克了1 2英寸硅单晶生长的热场设计和安全、 杂质和缺陷的控制、 硅片几何参数 的精密控制、 表面金属和颗粒的去除等关键技术难题, 形成了从单晶生长到晶片加工、 处理和检测的自有成 套技术, 并利用该套技术开发成功直径1 2英寸硅单晶抛光片新产品, 填补了国内空白。产品关键参数达到 了国际先进水平,可满足0 . 1 3 -0 . 1 0微米线宽的先进集成电路制硅抛光片 ( CMP)市场和技术现状 * 张志坚,张凡,邱光文,彭茂公,王红鹰,俞琨 ( 昆明冶研新材料股份有限公司,云南昆明650031) 摘要:介绍了硅抛光片在硅材料产业中的定位和市场情况,化学机械抛光 ( CMP)技术的特点,硅抛光片 大尺寸化技术问题和发展趋势,以及硅抛光片技术指标,清洗工艺组合情况等。 关键词:硅抛光片;CMP 技术;清洗 中图分类号:TN304. 1 +2 文献标识码:A文章编号:1006-0308 ( 2012)01-0040-05 Market and Technical Status of Polished Silicon Wafer ZHANG Zhi-jian,ZHANG Fan,QIU Guang-wen,PENG Mao-gong  在半导体材料硅的表面清洁处理,硅片机械加工后表面损伤层的去除、直接键合硅片的减薄、硅中缺陷的化学腐蚀等方面要用到硅的化学腐蚀过程。下面讨论硅片腐蚀工艺的化学原理和抛光工艺的化学原理。   一、硅片腐蚀工艺的化学原理   硅表面的化学腐蚀一般采用湿法腐蚀,硅表面腐蚀形成随机分布的微小原电池,腐蚀电流较大,一般超过100A/cm2,但是出于对腐蚀液高纯度和减少可能金属离子污染的要求,目前主要使用氢氟酸(HF),硝酸(HNO3)混合的酸性腐蚀液,以及氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)等碱性腐蚀液。现在主要用的是HNO32004 年 4 月河北工业大学学报April 2004 第 33 卷第 2 期JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVol.33 No.2 文章编号:1007-2373 (2004) 02-0072-05 表面活性剂在半导体硅材料加工技术中的应用 刘玉岭,檀柏梅,赵之雯,郝子宇 ( 河北工业大学 信息工程学院,天津 300130 ) 摘要:表面活性剂以其特有的降低表面张力特性、分散悬浮及润湿渗透作用在微电子工业中应 用越来越广泛,尤其是在硅材料的切片、磨片、抛光及清洗工艺中的应用已成为减少损伤、缺 陷和污染的必不可少的辅助材料.本文主要对表面活性剂的作用机理及对硅表面性能半导体IC清洗技术 李 仁 (中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 101601) 摘要:介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。 关键词:湿法清洗;RCA清洗;稀释化学法;IMEC清洗法;单晶片清洗;干法清洗 中图分类号:TN305.97 文献标识码:B 文章编号:1003-353X(2003)09-0044-04 1前言 半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻)为基础逐渐发展起来,由于集成电路内各元件半导体技术第2 8 卷第 9 期二 OO三年九月44 1 前言 半导体I C 制程主要以2 0 世纪5 0 年代以后发明的 四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻) 为基础逐渐发展起来, 由于集成电路内各元件及连线 相当微细,因此制造过程中,如果遭到尘粒、金属 的污染,很容易造成晶片内电路功能的损坏,形成 短路或断路等, 导致集成电路的失效以及影响几何特 征的形成。 因此在制作过程中除了要排除外界的污染 源外,集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前 等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。干、湿法 清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电RCA清洗技术,,工艺,,清洗现场,,,清洗工艺介绍,1. 化学清洗、晶圆清洗是什么,2. 晶圆清洗的重要性,3. 晶圆清洗的研究内容,4. 晶圆清洗中的化学原料及作用,5. 晶圆清洗的RCA工艺,1. 化学清洗是什么,化学清洗是利用各种化学试剂和有机溶剂清除附着在物体表面上的杂质的方法。在半导体行业,化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具表面上的各种有害杂质或油污的工艺过程。,晶圆清洗,晶圆清洗是以整个批次或单一晶圆,藉由化学品的浸泡或喷洒来去除脏污,并用超纯水来洗涤杂质,主要是清除晶片表面所有的污染物,如微尘粒半导体制造工艺流程,让我们和迈博瑞一起成长,作者:Richard_Liu,半导体制造工艺流程,让我们和迈博瑞一起成长,作者:Richard Liu,2,半导体制造工艺流程,沾污经常会造成电路失效,沾污类型主要包括如下: 颗粒 金属 有机物 自然氧化层 静电释放(ESD),沾污类型,半导体制造工艺流程,颗粒沾污,,半导体制造工艺流程,颗粒沾污,半导体制造工艺流程,颗粒沾污,最小颗粒0.1微米,,半导体制造工艺流程,金属沾污,来源:离子注入、各种器皿、管道、化学试剂,半导体制造工艺流程,途径: 通过金属离子与硅片表面的氢离子交换而被束缚在硅片表面; 被淀积半导体制造工艺,第3章 清 洗 工 艺,第3章 清 洗 工 艺,3.1 引言 3.2 污染物杂质的分类 3.3 清洗方法概况 3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备 3.5 质量控制,3.1 引言,表3-1 国际半导体技术指南——清洗技术,3.1 引言,表3-1 国际半导体技术指南——清洗技术,3.2 污染物杂质的分类,表3-2 各种沾污的来源和相对的影响,3.2 污染物杂质的分类,3.2.1 颗粒 颗粒主要是一些聚合物、光刻胶和蚀刻杂质等。通常都是在工艺中引进的,工艺设备、环境、气体、化学试剂和去离子水均会引入颗粒。这些颗粒一旦粘附在硅表面,则会影响下一工序几何特征的形成晶圆清洗 摘要:介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。 ; c1 {2 u5 g) G   x/ f) `9 d关键词:湿法清洗;RCA清洗;稀释化学法;IMEC清洗法;单晶片清洗;干法清洗 . Q# t, ~6 g6 f& j8 P/ ?中图分类号:TN305.97 文献标识码:B 文章编号:1003-353X(2003)09-0044-048 1前言 半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻)为基础逐渐发展起来,由于集成电路内各元件及连(总第 233 期 )Jul. 2014 电子工业专用设备 Equipment for Electronic Products Manufacturing EPE 收稿日期:2014-06-23 半导体晶圆的污染杂质及清洗技术 张士伟 (中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄050051) 摘要: 介绍了半导体圆片存在的各种污染杂质的类型和去除方法, 并概要总结了半导体圆片 的清洗技术,对半导体圆片的湿法和干法清洗特点和去除效果进行了比较分析。 关键词: 污染杂质;半导体;湿法清洗;干法清洗 中图分类号:TN305文献标识码:B文章编号:1004-4507(2014)07-0018-04 The Pollution of the Semi! “#$ %[email protected] AB78CDEFG.H? IJKLM2NOPQ0RSTUV)*WXYF Z.H?FZ[\]WIJ0R\^W_‘?)* 0Ra\^@ Ab^?)*0RMWcdMef g0RhijkWlmnopq2rstuvw ?xyz{|i}@ ~?????ee??)*+ ,E???)*??W ??e???B78CD? [email protected] ’()*???? !“#$ B789???2 ’(A??n???n???n???¡¢U£⁄¥ ƒnWz§¤'“0R?)*W5«n !“%$ B78 9???‹=?‹›fi ???fl [email protected] ’()*??–†‡A’(·??¶•‚ „”/W?»”?e?…?‰??¿?/“W`’( ?·?´ˆ[hj !“%$ 0˜[email protected] ¯˘’()* ?˙¨5`?¶•???˚¸’(·?¶•‚ 第 1 页 共 3 页 电子资讯时报/2007 年/4 月/30 日/第 B06 版 半导体技术专辑 工艺环境日趋细微化 半导体清洗技术面临变革半导体清洗技术面临变革 FSI International 市场副总裁市场副总裁 Scott Becker 博士专访博士专访 台文 在晶圆制造的过程中,包括蚀刻、氧化、淀积、去光刻胶以及化学机械研磨等每一个步骤, 都是造成晶圆表面污染的来源,因此需要反复地进行清洗。 伴随着工艺的细微化发展,不仅仅是晶圆制造、芯片设计企业,包括晶圆生产相关设备产业 也都面临了严苛的考验,因为栅极氧化厚度缩小之后,更对晶圆表面的洁净要求严第五讲,硅片清洗技术,1,2,本节课主要内容,硅片清洗 湿法清洗:Piranha,RCA(SC-1,SC-2),HF:H2O 物理清洗 干法清洗:气相化学,吸杂三步骤:激活,扩散,俘获 碱金属:PSG,超净化+Si3N4钝化保护 其他金属:本征吸杂和非本征吸杂 ——大密度硅间隙原子+体缺陷,SiO2的成核生长。,硅片背面高浓度掺杂,淀积多晶硅,,净化的三个层次:环境、硅片清洗、吸杂,本节课主要内容,The bottom line is chip yield. “Bad” die manufactured alongside “good” die. Increasing yield leads to better profitability in manufacturing chips.,4电 子 工 业 专 用 设 备 !“#$%ABCD; E(A E0 OPA A COFD HCG) ’“ () ?G ?; %# () (GO M(CB?(M ?G C)GP ?; UBC?A “-CJ ?; XBCD;(GTGM= D;BT$ T(MA B(O DTB(D;(TGMA BMB$HC B(O CA?CBB(MF(? FAO %# () OP M(CB?S A?CF?BCA B(O )B?CPBTFB?O- 5(O H BUUT= UCGAUD? GH A$SBHC DTB( UCGRBRAAYC UGO GF?- A’9B+,[email protected] 2BC? 1B(BM)(?Z[BHC DTB(C DTB((MZWGS$$ E(AFTB?GCAZ]D? @B?B((MZ^C=B((M 专题报道 ($ 电 子 工 业 专 用 设 备 !“#$%;) 专题报道 !“ 电 子 工 业 专 用 设 备 !“#$% 9%工艺前道湿法清洗的技术驱动力, 单生式 清洗工艺将第! “卷第#期半导体学报 $% 山东大学光电材料与器件研究所(济南! E * A * * B 摘要?报道了利用红外吸收谱J K射线光电子谱和表面张力测试仪对新型半导体清洗工艺进行研究的结果’采用 8 L M系列清洗剂清洗硅片时( 首先需用,6稀溶液浸泡硅片(以利于将包埋于氧化层内的金属和有机污染物去除N 溶液的配比浓度由临界胶束浓度和硅片表面的污染程度确定(要确保清洗过程中溶液内部有足够的胶束存在(一 般8 L MF A J 8 L MF !的配比浓度在C * O到C G O之间N当温度接近表面活性剂溶液的浊点温度时(增溶能力最强(因 而清洗液的温度定在@ * P’ 关键硅研磨片超声波清洗技术的研究 刘玉岭,常美茹 (中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津 300220) 摘 要:介绍了硅研磨片清洗的重要性,分析了影响硅研磨片质量的主要因素,即金属杂质和 各种污染物。重点分析了硅研磨片表面沾污的原因,并且通过大量的实验分析得到了活性剂和碱 性清洗液、 去离子水的最佳体积比是0. 20∶1. 00∶10. 0,清洗的最佳时间为3 min~5 min和最佳 温度范围为40℃~50℃。 关键词:硅片;清洗;污染物;铁沾污;金刚砂及杂质;超声波清洗 中图分类号: TN305. 97 文献标识码:A 文章编号: 1001 - 3474 (2006) 04 - 0215 - 第四章 沾污控制与净化技术,本章内容,沾污的类型,来源,后果,去除方法 硅片清洗,方案,流程,评估要点。 先进的干法清洗方案介绍,4.1 沾污的类型,沾污(Contamination)是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。 沾污经常导致有缺陷的芯片,致命缺陷是导致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。,现代IC fabs依赖三道防线来控制沾污,三道防线: 1. 净化间(clean room) 2. 硅片清洗(wafer cleaning) 3. 吸杂(gettering),,净化间沾污分为五类 颗粒 金属杂质 有机物沾污 自然氧化层 静电Yuming电子知识系列电子知识系列 Semiconductors Semiconductors 半导体基础知识半导体基础知识半导体基础知识半导体基础知识 Yuming Sun J2011Jun, 2011 [email protected] CONTENTS ?半导体概念、原子、离子、电子、空穴、本质半导体、硅 介绍、掺杂 … ?基本电路?基本电路 ?制造工艺 电电 子子 零零 件件 技技 术术 与与 应应 用用电电 子子 零零 件件 技技 术术 与与 应应 用用 什么叫半导体?什么叫半导体? ?半导体是一种既不如导体那么容易导电, 也不像绝缘体那样不导电的物质(介于导体 和绝缘体之间),如 硅硅((Si))、锗锗((Ge新型封装技术,第十五讲,上海应用技术学院,电子产品与微电子制造 三维电子封装技术 层间互连技术 高密度键合互连技术,主要内容,电子产品是智能化商品,发光 发声 发热 电 电磁波 运动 化学反应,光信息 声信息 电磁信息 热信息 压力 位移 化学环境,,,,,,,大脑 心脏,信息系统,执行系统,感知系统,情报收集 信息储存 信息处理 信息指令,能量系统,能量供给 散热系统,信息 能量,信息 能量,,向人体一样包含两大系统:神经网络+血液循环,电子产品与微电子制造,电子产品的核心是集成电路,晶体管(脑细胞) 二极管、三极管,集成电路,电路(神经网络) Introduction of CMP,化学机械抛光制程简介 (Chemical Mechanical Polishing-CMP),目录,CMP的发展史 CMP简介 为什么要有CMP制程 CMP的应用 CMP的耗材 CMP Mirra-Mesa 机台简况,,,Introduction of CMP,CMP 发展史,1983: CMP制程由IBM发明。 1986: 氧化硅CMP (Oxide-CMP)开始试行。 1988: 金属钨CMP(W CMP)试行。 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨应用于生产中。 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。,Introduction of CMP,CMP制程的全貌简介,Introduction of CMP,CMP 机台的基本构造 (《半导体IC制造流程》   一、晶圆处理制程   晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子组件(如晶体管、电容体、逻辑闸等),为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程 ,以微处理器(Microprocessor)为例,其所需处理步骤可达数百道,而其所需加工机台先进且昂贵,动辄数千万一台,其所需制造环境为为一温度、湿度与 含尘量(Particle)均需控制的无尘室(Clean-Room),虽然详细的处理程序是随着产品种类与所使用的技术有关;不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适 当的清洗(Cleaning)之后,接着进行氧半导体制造工艺,第10章 平 坦 化,第10章 平 坦 化,10.1 概述 10.2 传统平坦化技术 10.3 化学机械平坦化 10.4 CMP质量控制,10.1 概述,图 10-1 两层布线表面的不平整,10.1 概述,图 10-2 多层布线技术,10.1 概述,图10-3 平坦化术语,10.1 概述,1)平滑处理:平坦化后使台阶圆滑和侧壁倾斜,但高度没有显著减小,如图10-3b所示。 2)部分平坦化:平坦化后使台阶圆滑,且台阶高度局部减小,如图10-3c所示。 3)局部平坦化:使硅片上的局部区域达到平坦化。 4)全局平坦化:使整个硅片表面总的台阶高度显著减小,使整个硅片表面平坦化,如图10-3e所示半导体封装制程与设备材料知识简介 Prepare By:William Guo 2007 . 11 Update,半导体封装制程概述,半导体前段晶圆wafer制程 半导体后段封装测试 封装前段(B/G-MOLD)-封装后段(MARK-PLANT)-测试 封装就是將前製程加工完成後所提供晶圓中之每一顆IC晶粒獨立分離,並外接信號線至導線架上分离而予以包覆包装测试直至IC成品。,,,半 导 体 制 程,封 裝 型 式 (PACKAGE),封 裝 型 式,封 裝 型 式,封 裝 型 式,封 裝 型 式,封 裝 型 式,Assembly Main Process,Die Cure (Optional),Die Bond,Die Saw,,,,Pl· 从大的方面来讲,晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两大步骤,它又可细分为以下几道主要工序(其中晶棒制造只包括下面的第一道工序,其余的全部属晶片制造,所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序):   晶棒成长 --> 晶棒裁切与检测 --> 外径研磨 --> 切片 --> 圆边 --> 表层研磨 --> 蚀刻 --> 去疵 --> 抛光 --> 清洗 --> 检验 --> 包装   1 晶棒成长工序:它又可细分为:   1)融化(Melt Down)   将块状的高纯度复晶硅置于石英坩锅内,加热到其熔点1420°C以上,使其完全融2 0 0 9年 第 8期 第3 6 卷 总第 l 9 6 期 广 东 化 工 www. g dc h e m .c om 半导体硅材料研磨液研究进展 杨杰 。 ,曾旭 ,李树岗 ,贺岩峰 ( 1 .长春工业大学,吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ;2 .上海新阳半导体材料有限公司,上海 2 0 1 6 1 6 ) [ 摘要】 随着 I C制造技术的飞速发展, 为了增加 I C芯片产量和降低单元制造成本 , 硅片逐渐趋于大直径化, 然而为了满足 I C封装的要求, 芯片的厚度却在不断的减小。因此,对硅片加工的表面质量提出了更高的要求。文章详细说明了硅片研磨机理及工艺条件;重点阐述了在半导 体硅片的研微型计算机原理,第21讲 系统芯片与片上通信结构,,,,,,1,《微型计算机原理》,主要内容 一、芯片的制造和封装 二、系统芯片 三、系统总线和片上总线 四、片上通信结构 教材相关章节: 《微型计算机基本原理与应用(第二版)》 第14章 总线及总线标准 第7章 微处理器的内部结构及外部功能特性,,,,,2,《微型计算机原理》,主要内容 一、芯片的制造和封装 二、系统芯片 三、系统总线和片上总线 四、片上通信结构新发展,,,,,,,,3,《微型计算机原理》,12英寸晶圆,晶圆(Wafer) 2/4/6/8英寸晶圆,18英寸晶圆 2013~2015年?,,,,,,,,4上章内容,晶体XRD定向 粘接硅棒 多线切割机切割 冲洗 去胶 冲洗,烘干,切片过程的评估,定向的准确性 切割出的硅片最小厚度、厚度均匀性 表面参数——平整性,弯(翘)曲度,碎裂 结构参数——损伤层(如晶格畸变),应力分布~30um 洁净性(加工带来的污染)——金属、有机、表面部分氧化层 切割效率,后续工艺,去除表面损伤层,——研磨(磨片) 消除内应力——可能引起碎裂——倒角,退火 清理表面污染物,——表层切除,清洗,背封,背损伤 确保电阻率温度稳定性——退火,第三章 硅片的倒角、研磨和热处理,本章加工工艺: 1. 边缘倒角 2. MEMS工艺 ——半导体制造技术,梁 庭 3920330(o) [email protected],主要内容,掺杂技术、退火技术 表面薄膜制造技术 光刻技术 金属化技术 刻蚀技术 净化与清洗 接触与互连 键合、装配和封装,集成电路制造过程,一、 掺杂与退火,掺杂定义:就是用人为的方法,将所需的杂质(如磷、硼等),以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内,并达到规定的数量和符合要求的分布,以达到改变材料电学性质、制作PN结、集成电路的电阻器、互联线的目的。 掺杂的主要形式:注入和扩散,退火:也叫热处理,集成电路工艺中所有的在氮气等不 活泼气氛中进行的热处理倒装芯片凸点制作方法 李福泉,王春青,张晓东 (哈尔滨工业大学焊接重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要:倒装芯片技术正得到广泛应用,凸点形成是其工艺过程的关键。介绍了现有的凸点制 作方法,包括蒸发沉积、 印刷、 电镀、 微球法、 黏点转移法、SB2 - Jet法、 金属液滴喷射法等。每种方 法都各有其优缺点,适用于不同的工艺要求。可以看到要使倒装芯片技术得到更广泛的应用,选择 合适的凸点制作方法是极为重要的。 关键词:倒装芯片;钎料凸点;表面组装技术 中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1001 - 3474(2003)02 - 0062 - 05 第五章 薄膜制备,半导体器件制备过程中要使用多种类型的薄膜来达到特定的作用,包括介质膜、半导体膜、导体膜以及超导体膜等。 介质膜:SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、PSG、BSG、Si3N4 半导体:Si、Ge、GaAs、GaP、AlN、InAs、V2O3 导体:Al、Ni、Au、Pt、Ti、W、Mo、WSi2、掺杂多晶硅 超导体:Nb3Sn、NbN、Nb4N5 制备薄膜常用的方法有氧化、化学气相沉积以及物理气相沉积等。,第一节 氧化法制备二氧化硅膜 硅暴露在空气中,即使在室温条件下,在表面也能长成一层有40 Å左右的二氧化硅膜。这一层氧化膜相当致密,同时又能阻止硅表面继续从“沙子到“黄金解芯片制作工艺流程a新浪科技第三步第四步第五步制造晶棒〔硅锭〕产晶圆晶圆涂膜晶圆的显影和蚀刻第六步第七步:第八步晶圆针测切割、封装自动播放从“沙子”到“贪金”-图解芯片制作工艺流程端。新浪科技第一步:制造晶棒(也就是硅锭)将收集到的精度硅原料在高温下整形采用旋转拉伸的方式得到一个圆柱体的硅锭。然后经历切片圆边研磨抛光包装等多道工序使得晶棒符合工艺目前intel主要使用300毫米直径的晶棒。在保留晶棒的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂1 陶波陶波 数字制造装备与技术国家重点实验室 机械学院大楼B205 Email: 数字制造装备与技术国家重点实验室 机械学院大楼B205 Email: [email protected] [email protected] Tel: 13437140569、87559840Tel: 13437140569、87559840 柔性电子制造技术基础柔性电子制造技术基础 第四讲、柔性电子器件批量化制备技术 (上篇) 第四讲、柔性电子器件批量化制备技术 (上篇) 2 本讲课程内容本讲课程内容 键合技术键合技术 精密视觉技术精密视觉技术 卷到卷传输控制技术卷到卷传输控制技术 高速高精运动控制技术高速高精运动控制技术 国际半导体技术发展趋势国际半导第二章 半导体材料特性,1,提纲,2,2.1 原子结构 2.2 化学键 2.3 材料分类 2.4 硅 2.5 可选择的半导体材料 2.6 新型半导体电子与光电材料,2.1 原子结构,原子由三种不同的粒子构成:中性中子和带正电的质子组成原子核,以及围绕原子核旋转的带负电核的电子,质子数与电子数相等呈现中性。,图2.1 碳原子的基本模型,3,电子能级:原子级的能量单位是电子伏特,它代表一个电子从低电势处移动到高出1V的的电势处所获得的动能。 价电子层:原子最外部的电子层就是价电子层,对原子的化学和物理性质具有显著的影响,只有一个价电子的原子很容易失去 第 4 章 芯片制造概述 本章介绍芯片生产工艺的概况。(1)通过在器件表面生成电路元件的工艺顺序,来阐述4种最基本的平面制造工艺。(2)解释从电路功能设计图到光刻掩膜版生产的电路设计过程。(3)阐述了晶圆和器件的相关特性与术语。 4.1 晶圆生产的目标 芯片的制造,分为4个阶段:原料制作、单晶生长和晶圆的制造、集成电路晶圆的生产、集成电路的封装。 前两个阶段已经在前面第3章涉及。本章讲述的是第3个阶段,集成电路晶圆生产的基础知识。 集成电路晶圆生产(wafer fabrication)是在晶圆表第三章 集成电路的制造工艺,(1)集成电路设计人员虽然不需要直接参 与集成电路的工艺流程和掌握工艺的细 节,但了解集成电路制造工艺的基本原理 和过程,对于集成电路设计大有裨益。 (2)这些工艺可应用于各类半导体器件和 集成电路的制造过程。,为何要介绍IC制造工艺?,代客户加工(代工)方式,芯片设计单位和工艺制造单位的分离。即芯片设计单位可以不拥有生产线而存在和发展,而芯片制造单位致力于工艺实现,即代客户加工(简称代工)方式。,代工方式已成为集成电路技术发展的一个重要特征,无生产线设计与代工方式的关系图,PDK文件,第十一章 半导体材料制备,,生长技术,体单晶生长技术 单晶生长通常利用籽晶在熔融高温炉里拉伸得到的体材料 ,半导体硅的单晶生长可以获得电子级(99.999999%)的单晶硅 外延生长技术 外延指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。 新生单晶层的晶向取决于衬底,由衬底向外延伸而成,故称“外延层”。,晶体生长问题,生长热力学 生长动力学 生长系统中传输过程,11.1 体单晶生长,结晶过程驱动力 杂质分凝 组分过冷,结晶过程驱动力,杂质分凝,杂质在液相和固相中的浓度不同,组分过冷,生长过程中,杂质不断排向熔体,使熔体中杂质浓度越来越高,过第四章 芯片制造概述,概述 本章将介绍基本芯片生产工艺的概况,主要阐述4中最基本的平面制造工艺,分别是:薄膜制备工艺 掺杂工艺 光刻工艺 热处理工艺 薄膜制备 是在晶体表面形成薄膜的加工工艺。图4.4是MOS晶体管的剖面图,可以看出上面有钝化层(Si3N4、Al2O3)、金属膜(Al)、氧化层(SiO2) 制备这些薄膜的材料有:半导体材料(Si、GaAs等),金属材料(Au、Al等),无机绝缘材料( SiO2 、Si3N4 、Al2O3 等),半绝缘材料(多晶硅、非晶硅等)。,生长工艺如图所示。其中蒸发工艺、溅射等可看成是直接生长法------以源直接转移到衬底上集成电路制造工艺 北京大学,集成电路设计与制造的主要流程框架,集成电路的设计过程: 设计创意 + 仿真验证,—设计业—,,—制造业—,芯片制造过程,集成电路芯片的显微照片,集成电路的内部单元(俯视图),沟道长度为0.15微米的晶体管,栅长为90纳米的栅图形照片,50m,100 m 头发丝粗细,30m,,1m  1m (晶体管的大小),30~50m (皮肤细胞的大小),90年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较,N沟道MOS晶体管,CMOS集成电路(互补型MOS集成电路):目前应用最为广泛的一种集成电路,约占集成电路总数的95%以上。芯片制作工艺流程 工艺流程 1) 表面清洗 晶圆表面附着一层大约2um的Al2O3和甘油混合液保护之,在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。 2) 初次氧化 有热氧化法生成SiO2 缓冲层,用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力 氧化技术 干法氧化 Si(固) + O2 à SiO2(固) 湿法氧化 Si(固) +2H2O à SiO2(固) + 2H2 干法氧化通常用来形成,栅极二氧化硅膜,要求薄,界面能级和固定电荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于湿法。湿法氧化通常用来形成作为器件隔离用的比较厚的二氧化硅膜。当SiO2膜较薄时,膜厚芯片制程(以 Intel 芯片为例) 如果问及芯片的原料是什么,大家都会轻而易举的给出答案——是硅。这是不假,但硅又来自哪里呢?其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧,价格昂贵,结构复杂,功能强大,充满着神秘感的芯片竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。   下面,就让我们跟随芯片的制作流程,了解这从“沙子”到“黄金”的神秘过程吧!  (以 Intel 芯片为例) 芯片制作完整过程包括 芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节,其中晶片片制作倒装键合(倒装键合(Flip ChipFlip Chip)工艺及设备解决方案)工艺及设备解决方案 前言前言:倒装芯片在产品成本、性能及满足高密度封装等方面体现出优 势,它的应用也渐渐成为主流。由于倒装芯片的尺寸小,要保证高精 度高产量高重复性,这给我们传统的设备及工艺带来了挑战。 器件的小型化高密度封装形式越来越多,如多模块封装 ( MCM )、系统封装( SiP )、倒装芯片( FC=Flip-Chip )等应 用得越来越多。这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间 的界线。毋庸置疑,随着小型化高密度封装的出现,对高速与高精度 装配的IC产业链的分工,目前微电子产业已逐渐演变为设计,制造 和封装三个相对独立的产业。,IC 制作,,.tw,0 IC制造技术,1、晶片制备 2、掩模板制备 3、晶片加工,Diff module,PHOTO module,,,,,,,,ETCH module,,,Ini ox,Si sub,PR,,,,,Thin film module,,,,,,,,,,,,,,,Ini ox,Si sub,Diff, PHOTO, ETCH, T/F,,,,,,,,Final Test,,,IC 制造过程,IC內部结构,,NPN双极型晶体管(三极管),,第一块IC,,MOS结构,,0.1 晶片制备,1、材料提纯(硅棒提纯) 2、晶体生长(晶棒制备) 3、切割(切成晶片) 4、研磨(机械磨片、化学机械抛光CMP) 5、晶片评估(LED芯片制造工艺流程简介,范青青 2011年5月18日,主要内容 LED的简单介绍 LED芯片制造流程简介,LED是Light Emitting Diode的英文缩写,中文称为发光二极管。 发光二极管(LED)是由数层很薄的搀杂半导体材料制成,一层带过量的电子,另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”,当有电流通过时,电子和空穴相互结合并释放出能量,从而辐射出光芒。,LED的简单介绍:,LED芯片的应用:,LED芯片制造流程示意图:,蓝宝石衬底(Al2O3),,(衬底厂商提供),,PSS工艺 Patterned Sapphire Substrate,图形化蓝宝石衬底,减小反向漏电,提高LED寿命,增强发6.1 CPU的设计规范 6.2 一个非常简单CPU的设计与实现 6.3 相对简单CPU的设计和实现 6.4 简单CPU的缺点 6.5 实例:8085微处理器的内部结构,第六章 CPU设计,CPU设计的两种方法:,硬布线逻辑控制(hardwired control) 微序列控制器(microsequencer) (微序列控制或微程序控制),,6.1 CPU的设计规范,1.设计CPU的步骤 ◆ 确定它的用途 关键:使CPU的处理能力和它所执行的任务匹配。 ◆ 设计指令集结构 ◆ 设计状态图(CPU就是一个复杂的有限状态机),列出在每个状态中执行的微操作 从一个状态转移到另外一个状态的条件,◆ 设计必要的数据通路和微电子制造原理与技术 第二部分 芯片制造原理与技术,李 明,材料科学与工程学院,芯片发展历程与莫尔定律 晶体管结构与作用 芯片微纳制造技术,主要内容,薄膜技术 光刻技术 互连技术 氧化与掺杂技术,IC中的薄膜,,,,,,Oxide,,Nitride,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,USG,W,,,,,,,,,,,,P-wafer,,,,N-well,,,P-well,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,BPSG,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,p,+,,p,+,,n,+,,n,+,,USG,,W,,,,,,,,Metal 2, Al•Cu,P-epi,,,,Metal 1, Al•Cu,,,,Al•Cu,,,,,,,,,,,STI,,,,浅槽隔离,,金属前介质层 or 层间介质层1,IMD or ILD2,,抗反射层,,,PD1,钝芯片生产工艺流程 现今世界上超大规模集成电路厂(台湾称之为晶圆厂,为叙述简便,本文以下也采用这种称谓)主要集中分布于美国、日本、西欧、新加坡及台湾等少数发达国家和地区,其中台湾地区占有举足轻重的地位。 晶圆厂所生产的产品实际上包括两大部分:晶圆切片(也简称为晶圆)和超大规模集成电路芯片(可简称为芯片)。前者只是一片像镜子一样的光滑圆形薄片,从严格的意义上来讲,并没有什么直接实际应用价值,只不过是供其后芯片生产工序深加工的原材料。而后者才是直接应用在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品,它可以芯片制造工艺流程 芯片制作完整过程包括 芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节,其中晶片片制作过程尤为的复杂。下面图示让我们共同来了解一下芯片制作的过程,尤其是晶片制作部分。   首先是芯片设计,根据设计的需求,生成的“图样”   1, 芯片的原料晶圆   晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。晶圆越薄,成产的成本越低,但对工艺就要求的越高第八章 光刻与刻蚀工艺,光刻是集成电路工艺中的关键性技术。在硅片表面涂上光刻胶薄层,经过光照、显影,在光刻胶上留下掩模版的图形。 在集成电路制造中,利用光刻胶图形作为保护膜,对选定区域进行刻蚀,或进行离子注入,形成器件和电路结构。 随着集成电路的集成度不断提高,器件的特征尺寸不断减小,期望进一步缩小光刻图形的尺寸。 目前已经开始采用线宽为0.2-0.1μm的加工技术。,①高分辨率。通常把线宽作为光刻水平的标志,线宽越来越细,要求光刻具有高分辨率。 ②高灵敏度的光刻胶。光刻胶的灵敏度通常是指光刻胶的感光速度。光集成电路制造工艺,,2,微电子的发展史及动态,1947年第一个晶体管发明,50年代:晶体管时代,铝栅PMOS器件结构,80年代:VLSI-提高效率和质量,MOSEFT集成电路超过双极IC; CMOS取代NMOS,在个人电脑、移动通信、 国际互联网、信息家电的牵引下,世界半导体市场空前发展,信息产业已发展成为全球经济的第一大支柱。 半导体产业严重依赖于技术基础——微电子集成技术,特别是MOS集成电路技术的不断进步。,微电子技术的重大进步,超微细加工: 248nm KrF准分子激光光源的光刻机实现了0.18-0.15微米的曝光 193nm ArF光源的光刻机实现了0.13 微米1,山大暑期学校-集成电路,2,一、什么是集成电路?,,3,集成电路(integrated circuit ),以半导体材料为基片,将至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路集成在一个基片上,以执行某种功能的电子产品。,4,二、集成电路的发展,John Bardeen,William Bradford Shockley,Walter Houser Brattain,第一个晶体管 1947年12月23日 贝尔实验室,1、第一个晶体管,5,,1958年第一块集成电路:12个器件,Ge晶片,Kilby, TI公司 2000年诺贝尔物理奖,2、第一块集成电路,6,3、摩尔定律,IC上可容纳的晶体管数目,约每 18 个月便会增加一倍 CPU芯片测试技术   目录 第一章 CPU芯片封装概述 1.1 集成电路的发展……………………………………………………………4 1.1.1 世界集成电路的发展………………………………………….4 1.1.2 我国集成电路的发展…………………………………….…..5 1.1.3 CPU芯片的发展…………………………………………………6 1.2 CPU构造原理………………………………………………………….10 1.3 .1 CPU工作原理……………………………………………….11 1.3Introduction of IC Assembly Process IC封装工艺简介,FOL– Back Grinding背面减薄,Taping 粘胶带,Back Grinding 磨片,De-Taping 去胶带,,,将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨,来减薄晶圆达到 封装需要的厚度(8mils~10mils); 磨片时,需要在正面(Active Area)贴胶带保护电路区域 同时研磨背面。研磨之后,去除胶带,测量厚度;,FOL– Wafer Saw晶圆切割,Wafer Mount 晶圆安装,Wafer Saw 晶圆切割,Wafer Wash 清洗,,,将晶圆粘贴在蓝膜(Mylar)上,使得即使被切割开后,不会散落; 通过Saw Blade将整片Wafer切割成一个个独立的DIntroduction of IC Assembly Process IC封装工艺简介,艾,IC Process Flow,Customer 客 户,IC Design IC设计,Wafer Fab 晶圆制造,Wafer Probe 晶圆测试,Assembly& Test IC 封装测试,SMT IC组装,,,,,,,IC Package (IC的封装形式),Package--封装体: 指芯片(Die)和不同类型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封装体。 IC Package种类很多,可以按以下标准分类: 按封装材料划分为: 金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和PCB板连接方式分为: PTH封装和SMT封装 按照封装外型可分为: SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CS2019/10/24,1,第九章 系统封装与测试,,清华大学计算机系,2019/10/24,2,§1 系统封装,半导体器件复杂性和密度的急剧增加推动了更加先进的VLSI封装和互连方式的开发。 印刷电路板(printed Circuit Board-PCB) 多芯片模块(Multi-Chip Modules-MCM) 片上系统(System on a Chip-SOC),2019/10/24,3,集成电路的封装方法 双列直插式(DIP:Dual In-line Package) 表面安装封装(SMP:Surface Mounted Package) 球型阵列封装(BGA:Ball Grid Array) 芯片尺寸封装(CSP:Chip Scale Package) 晶圆级尺寸封装(WLP:Wafer Level CSP) Introduction of IC Assembly Process IC封装工艺讲解,IC Process Flow,Customer 客 户,IC Design IC设计,Wafer Fab 晶圆制造,Wafer Probe 晶圆测试,Assembly& Test IC 封装测试,SMT IC组装,,,,,,,IC Package (IC的封装形式),Package--封装体: 指芯片(Die)和不同类型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封装体。 IC Package种类很多,可以按以下标准分类: 按封装材料划分为: 金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和PCB板连接方式分为: PTH封装和SMT封装 按照封装外型可分为: SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等1/54 封装测试工艺教育资料封装测试工艺教育资料封装测试工艺教育资料封装测试工艺教育资料 2/54 封装形式封装形式封装形式封装形式 IC PKG 插入实装形插入实装形 表面实装形表面实装形 DIP::DIP、、SHD SSIP、、ZIP PGA FLAT PACK::SOP、、QFP、、 CHIP CARRIER::SOJ、、QFJ、、 LCC、、TAB BGA、、CSP IC CARD COB 其他其他 3/54 PGA CSP TBGA PBGA QFP TSOPSOJDIP LOGIC MEMORY 外形尺寸减少外形尺寸减少 腿数增加腿数增加 封装形式的发展封装形式的发展封装形式的发展封装形式的发展 4/54 封装形式 管腿数量 封装尺寸 管腿间距电子产品周边产业,IC,PCB,外壳,配件,,LED,SMT,常见IC制造流程 及可能用到机器视觉的地方,芯片的制造过程,,,裸片,,,封装,固定,键合,制片磨片,,,印刷掺杂,,切割,封装 管脚,晶圆,过程,把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离, 1. 国内微电子企业排名 (来源:微电子论坛www.36ic.com ) 发表于 2012-10-31 11:37:00 一、10大集成电路设计企业 排名 企业名称 销售额(亿元) 1 炬力集成电路设计有限公司 13.46 2 中国华大集成电路设计集团有限公司(包含北京中电华大电子设计公司等) 12.00 3 北京中星微电子有限公司 10.13 4 大唐微电子技术有限公司 9.19 5 深圳海思半导体有限公司 9.04 6 无锡华润矽科微电子有限公司 8.43 7 杭州士兰微电子股份有限公司 8.20 8 上海华虹集成电路有限公司 6.57 9 北京清华同方微电子有限公司 5.01 测试 ! 芯片测试的意义 • 芯片的测试分两次。在芯片制造完成后必须对圆片上 的芯片(小片,Die)进行测试。测试后进行切割。测 试合格的芯片才能进行封装。封装完成后的芯片还要 进行第二次测试 • 当已经封装的芯片被测出故障,厂商应当拆掉封装进 行测试,找出故障原因。这时候的故障可能是由于焊 接等过程中的静电等原因造成 2 测试 • 如果故障芯片已经安装到PCB上,可能会造成整个PCB 维修甚至更换。这种更换的成本是相当大的 • 所以,ASIC在出厂前进行完整的测试是相当重要的 • 圆片测试设备非常昂贵 • 集成块测试设备同样非第12章 集成电路的测试与封装,12.1 集成电路在芯片测试技术 12.2 集成电路封装形式与工艺流程 12.3 芯片键合 12.4 高速芯片封装 12.5 混合集成与微组装技术 12.6 数字集成电路测试方法,设计错误测试 设计错误测试的主要目的是发现并定位设计错误,从而达到修改设计,最终消除设计错误的目的。 设计错误的主要特点是同一设计在制造后的所有芯片中都存在同样的错误,这是区分设计错误与制造缺陷的主要依据。,12.1 集成电路在芯片测试技术,功能测试 测试目的 功能测试是针对制造过程中可能引起电路功能不正 确而进行的测试,与设计错误相比第三章 系统封装与测试,,一、集成电路的封装方法 双列直插式(DIP:Dual In-line Package) 表面安装封装(SMP:Surface Mounted Package) 球型阵列封装(BGA:Ball Grid Arrag) 芯片尺寸封装(CSP:Chip Scale Package) 晶圆级尺寸封装(WLP:Wafer Level CSP) 薄型封装(PTP:Paper Thin Package ) 多层薄型封装(Stack PTP) 裸芯片封装(COB ,Flip chip),3.1 系统封装,DIP封装结构形式 1965年陶瓷双列直插式DIP和 塑料包封结构式DIP 引脚数:6~64, 引脚节距:2.54mm 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面第 2 2卷第 2期 2 0 0 4年 6月 慕藏 舔 耩囊 JI C HENGDI ANLU T O NGXU N V0 1 . 2 2 No . 2 J u r L 2 0 0 4 芯片封装 引线 电性 能的测试 李 丙旺 ( 中国兵器 工 业第 2 1 4研 究所蚌 埠2 3 3 0 4 2 ) 摘要 随着集成电路 的高速化、 高集成化 、 高密度化封装的发展 , 封装 引线的电性能对集成电路 的影响越 来越 大 , 封 装 引线 电性 能 的测 试 与控 制 也越 显 重要 。 关键 词 引 线电 阻 引线 电容 引 线电感 1 引 言 集成电路封装 电性 能主要包括 引线 电阻、 引 线间绝缘电阻 、 引线问电容及负载电容、 引线电感 等Introduction of IC Assembly Process IC封装工艺简介,艾,www.1ppt.com,Company Logo,IC Process Flow,Customer 客 户,IC Design IC设计,Wafer Fab 晶圆制造,Wafer Probe 晶圆测试,Assembly& Test IC 封装测试,SMT IC组装,,,,,,,www.1ppt.com,Company Logo,IC Package (IC的封装形式),Package--封装体: 指芯片(Die)和不同类型的框架(L/F)和塑封料(EMC)形成的不同外形的封装体。 IC Package种类很多,可以按以下标准分类: 按封装材料划分为: 金属封装、陶瓷封装、塑料封装 按照和PCB板连接方式分为: PTH封装和SMT封装 按照1、DIP DIP是20世纪70年代出现的封装形式。它能适应当时多数集成电路工作频率的要求,制造成本较低,较易实现封装自动化印测试自动化,因而在相当一段时间内在集成电路封装中占有主导地位。 但DIP的引脚节距较大(为2.54mm),并占用PCB板较多的空间,为此出现了SHDIP和SKDIP等改进形式,它们在减小引脚节距和缩小体积方面作了不少改进,但DIP最大引脚数难以提高(最大引脚数为64条)且采用通孔插入方式,因而使它的应用受到很大限制。 2、PGA 为突破引脚数的限制,20世纪80年代开发了PGA封装,虽然它的引脚节距仍维持在2.54mm或1.77mm,CP、FT、WAT CP是把坏的Die挑出来,可以减少封装和测试的成本。可以更直接的知道Wafer 的良率。FT是把坏的chip挑出来;检验封装的良率。 现在对于一般的wafer工艺,很多公司多把CP给省了;减少成本。 CP对整片Wafer的每个Die来测试 而FT则对封装好的Chip来测试。 CP Pass 才会去封装。然后FT,确保封装后也Pass。 WAT是Wafer Acceptance Test,对专门的测试图形(test key)的测试,通过电参数来监控各步工艺是否正常和稳定; CP是wafer level的chip probing,是整个wafer工艺,包括backgrinding和backmetal(if need),对一些基课程名称:芯片知识介绍 课程版本号: 课程编制: 课程讲解: 培训对象:产线基层员工,晶片基本知识介绍,目 录,,晶片发光颜色及材质分布,晶片分类,四元晶片结构,蓝光晶片结构,蓝光ITO晶片的差别,,金屬接觸層,~60%,,90%,ITO,ITO相对普通晶片亮度提升30%以上!!,晶片制程简介,总流程(以蓝光例),1.磊晶片透过不同磊晶成长法,制造Ⅲ Ⅴ族化合物半导体,如:磷化镓 (GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(AsGaP) 、砷化铝镓 (AlGaAs)、磷化铝铟镓(AlGaInP)、氮化铟镓(GaInN)等磊片。 2.晶片的组成原物料: 主要为Ⅲ—Ⅴ及Ⅱ—Ⅵ族化学- 1 - 第 8 卷第 9 期 收稿日期: 2008- 04- 21 第 7 卷, 第12 期 Vol. 7,No. 12 电子与封装 ELECTRONICS 2. The Research MCM (Mutil Chip Module) ; KGD (Know Good Die) 1 引言 自从1 9 4 7 年世界上第一只晶体管诞生以来, 特 别是随着L S I 、V L S I 及 A S I C 的飞速发展, 随之形成 的各种先进微电子封装技术,如 Q F P 、B G A 、C S P 、 M C M 、T A B 、F C 等,极大地影响并推动着以电子计 算机为核心、 I C 产业为基础的现代信息产业的发展, 使当前I C 及封装产业已成为衡量一个国家国力强盛 的重要标志之一,直微电子工艺(5) ----工艺集成与封装测试,第五单元 工艺集成与封装测试,2,第五单元 工艺集成与封装测试,第12章 工艺集成 第13章 工艺监控 第14章 封装与测试,第五单元 工艺集成与封装测试,3,第12章 工艺集成,12.1 金属化与多层互连 12.2 CMOS集成电路工艺 12.3 双极型集成电路工艺,第五单元 工艺集成与封装测试,4,12.1 金属化与多层互连,金属及金属性材料在芯片上的应用被称为金属化,形成的整个金属及金属性材料结构称金属化系统。 金属化材料可分为三类: 互连材料; 接触材料; MOSFET栅电极材料。,第五单元 工艺集成与封装测试,5,12.1集成电路封装与测试,主讲:杨伟光,课 程 大 纲,第一章 集成电路芯片封装概述,第二章 封装工艺流程,第三章 厚/薄膜技术,第四章 焊接材料,第五章 印刷电路板,第六章 元器件与电路板的结合,第七章 封胶材料与技术,第八章 陶瓷封装,第九章 塑料封装,第十章 气密性封装,第十二章 封装可靠性以及缺陷分析,第十一章 先进封装技术,,基础部分,材料部分,,基板部分,,封装部分,,测试部分,参 考 书 籍,《集成电路芯片封装技术》李可为著,电子工业出版社出版 《微电子器件封装-封装材料与封装技术》周良知著,化学工业出版社出版 相关的文献,本 章 概 集成电路封装与测试,第一章,参 考 书 籍,《集成电路芯片封装技术》李可为著,电子工业出版社出版 《微电子器件封装-封装材料与封装技术》周良知著,化学工业出版社出版 相关的文献,本 章 概 要,基 本 概 念 封 装 的 发 展 过 程 封 装 的 层 次 及 功 能 封 装 的 分 类 封 装 的 发 展 现 状,1.1 封装概念,按 Tummala 教授一书中的定义 “Introduction to Microsystems Packaging” Georgia Institute of Technology,Prof. Rao R. Tummala,“Integrated Circuit (IC)” is defined as a miniature or microelectronic device that integUESTC-Ning Ning1 Chapter 2 Chip Level Interconnection 宁 宁宁 宁 芯片互连技术 集成电路封装测试与可靠性集成电路封装测试与可靠性 UESTC-Ning Ning2 Wafer In Wafer Grinding (WG研磨研磨) Wafer Saw (WS 切割切割) Die Attach (DA 黏晶黏晶) Epoxy Curing (EC 银胶银胶烘烤烘烤) Wire Bond (WB 引线键合引线键合) Die Coating (DC 晶粒封晶粒封胶胶/涂覆涂覆) Molding (MD 塑封塑封) Post Mold Cure (PMC 模塑后模塑后烘烤烘烤) Dejunk/Trim (DT 去去胶去纬胶去纬) Solder Plating (SP 锡铅电镀锡铅电镀) Top Mark (TM 正面正面印1,集成电路封装技术 清华大学 微电子所 贾松良 Tel:62781852 Fax:62771130 Email: [email protected] 2005年6月12日,2,目录 一、中国将成为世界半导体封装业的重要基地 二、IC封装的作用和类型 三、IC封装的发展趋势 四、IC封装的基本工艺 五、几种新颖封装BGA、CSP、WLP 六、封装的选择和设计 七、微电子封装缩略词,3,一、中国将成为世界半导体封装业的重要基地之一 1. 世界半导体工业仍在高速发展,4,2. 中国是目前世界上半导体工业发展最快的国家之一。 近几年的产值平均年增长率在30%以上,世界10%。,5,3. 中国国内半导体元器件的市场很大 封装可靠性工程,前课回顾,2、气密性封装常用材料,1、气密性封装定义与近气密性封装,陶瓷、金属、玻璃,3、金属气密性封装的分类,平台插入式、腔体插入式、扁平式和圆形金属封装,气密性封装是指完全能够防止污染物的侵入和腐蚀的封装形式;介于Full-Non:材料不同、工艺相同,浴盆曲线,失效率—时间关系曲线,企业测试,企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测:质量测试和可靠性测试—二者的区别?,二者区别: 质量测试—产品的可用性,是否符合使用要求:非破坏性测试。 可靠性测试—产品的耐用性:寿命和寿命合理性,通常为破坏性实验或0. 18 微米芯片后端设计的相关技术微米芯片后端设计的相关技术 黄令仪、杨旭、陈守顺、左红军、蒋见花黄令仪、杨旭、陈守顺、左红军、蒋见花 中国科学院微电子中心中国科学院微电子中心 前言:前言: 现今我国对集成电路芯片的需求量每年正以 15%的速度增加,它们广泛的 应用于通讯、计算机、网络等高科技领域。下表给出 1997 年到 2014 年国际集成 电路工艺的发展趋势: 从表中我们可以看到:工艺尺寸愈来愈小,晶体管数目愈来愈大,时钟频 率愈来愈高。这样,就给 ASIC 的设计带来了两个突出的技术问题:引线延迟在 整个电路的链路中所1,SoC芯片规划与设计,2,Review,时钟的非理想化 时钟偏差 时钟抖动 最常用的时钟分布技术 H树形时钟分布 同步电路和异步电路,3,累计流片20余次10多种SoC芯片 65nm,千万门级设计经验,几款SoC芯片的版图,SEP0718 65nm TSMC,4,Samsung 6410,4,5,Samsung S5PV210,5,6,Telechips 8900,6,7,SEP0718,,8,8,SEP0718结构图,,,9,,工作站×14,瘦客户机×30,,,,,,,SUN 大型服务器,,HP server×20,,,矢量信号源,,可编程电源,频谱分析仪,网络分析仪,逻辑分析系统,6GHZ混合信号测试,深亚微米EDA软件,芯片设计环境,10,SoC芯片的组成,SoC芯片应ASIC芯片开发过程,ASIC芯片设计开发 ASIC芯片生产,内容,主要流程框架,集成电路设计与制造全过程中的主要流程框架,划分,物理域 结构域 行为域 系统级 芯片/板级 处理器/存储器 系统规范 算法级 模块 控制器 算法 RTL级 宏单元 ALU 寄存器传输 逻辑级 标准单元 门电路 布尔等式 电路级 晶体管版图 晶体管 晶体管函数,划分,,ASIC设计流程,ASIC项目的主要步骤包括: 预研阶段; 顶层设计阶段; 模块级设计阶段; 模块实现阶段; 子系统仿真阶段; 系统仿真,综合和版CIC 中国集成电路 China lntegrated Circult 设计 http: // (总第 158 期)2012· 7 · 图 1 ECO阶段与设计成本 1概述 在芯片的整个设计过程中, 设计者通常都要对 设计不断进行验证工作,对于设计早期的问题, 设 计者可以去通过修改 RTL 代码解决;而在设计的 后期阶段, 例如临近最终签核 (sign- off), 则可以通 过工程改变命令(ECO, Engineering Change Order) 的技术去实现。由于 ECO 技术关注的是特定环节 的特定问题而非从整个设计流程入手, 从而大大缩 短了设计周期以及节约了设计成本, 具有较大的优 点。图 1 数字设计ic芯片流程 前端设计的主要流程: 1、 规格制定 芯片规格: 芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求 2、 详细设计 就是根据规格要求,实施具体架构,划分模块功能。 3、 HDL编码 使用硬件描述语言(vhdl Verilog hdl )将功能以代码的形式描述实现。换句话也就是说将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述起来,形成RTL代码(使用cadence软件) 4、 仿真验证 仿真验证就是检验编码设计的正确性,仿真验证工具Mentor公司的Modelsim,Synopsys的VCS,还有Cadence的NC-Verilog均可以对RTL级的代码进行设计验证?(使用Cadence 集成于射频芯片的的 LDO 电路电路设计设计报告报告 总体电路仿真报告总体电路仿真报告 版图设计报告版图设计报告 电子科技大学电子科技大学 VLSI 设计中心设计中心 2015 年年 11 月月 10 日日 目 录 目目 录录 第一部分第一部分 应用应用 . 1 LDO 的分析与设计 1 LDO 芯片的特点 1 LDO 芯片的详细性能参数 1 第二部分第二部分 电路设计报告电路设计报告. 5 整体电路上电启动模块 . 5 电流偏置模块 . 7 带有修调功能的基准模块 11 带隙基准源的修调电路设计 . 21 预调整放大器模块 . 23 低通滤波器模块 . 27 保护电路模块 . 31 电压跟随器2011 年 2月吉林师范大学学报( 自然科学版)? . 2 第2 期Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition)Feb. 2011 收稿日期: 2010 ?12 ?28? ? 基金项目: 安徽省 2010 年科技计划项目( 10080703003) , 安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2008A059) 第一作者简介: 王大军( 1970 ?) , 男, 山东省泰安人, 现为淮北师范大学物理与电子信息学院硕士研究生. 研究方向:硅压力传感器芯片设计. 一种基于MEMS 技术的压力传感器芯片设计 王大军, 李淮江 ( 淮北师范大学 物理与电子信息学院, 安徽 淮北 235000) 摘? 要:硅压力传感器是从沙子到芯片,微电子技术,20世纪最伟大的技术 信息产业最重要的技术 进步最快的技术,微电子技术应用,芯片,现代社会的基石,PDA:掌上电脑,内存条,手机,计算机,主板,数码相机,电子产品 世界第一台通用电子计算机--ENIAC,1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学的莫尔电机学院诞生(莫科里 ),由18,800多个电子管组成,重量30多吨,占地面积170多平方米 。,大小:长30.48m,宽6m,高2.5m;速度:5000次/sec; 功率:150KW;平均无故障运行时间:7min,电子产品 智能手机,2012年2月14日在美国苹果公司发布IPHONE5手机, CPU型号:苹果 A6 CPU频率:半导体制程简介,——芯片是如何制作出来的,基本过程,晶园制作 Wafer Creation 芯片制作 Chip Creation 后封装 Chip Packaging,第1部分 晶园制作,1.1 多晶生成,Poly Silicon Creation 1 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园(Wafer),它的主要成分为硅(Si)。 富含硅的物质非常普遍,就是沙子(Sand),它的主要成分为二氧化硅(SiO2)。 沙子经过初步的提炼,获得具有一定纯度的硅,再经过一些步骤提高硅的纯度,半导体制程所使用的硅需要非常高的纯度。 接着就是生成多晶硅(Poly Silicon)。,Poly Silicon Creation 2 采用一种叫做Trichloro一、半导体缺陷 1.位错:位错又可称为差排(英语:dislocation) ,在材料科学中,指晶体材料的一种内部微 观缺陷,即原子的局部不规则排列(晶体学缺陷) 。从几何角度 看,位错属于一种线缺陷, 可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线, 其存在对材料的物理性能, 尤其是力学性 能,具有极大的影响。 产生原因:晶体生长过程中,籽晶中的位错、固-液界面附近落入不溶性固态颗粒,界面附 近温度梯度或温度波动以及机械振动都会在晶体中产生位错。 在晶体生长后, 快速降温也容 易增殖位错。 (111)呈三角形; (100)呈方形; (1同步升压芯片设计指南 ---- BOOST DC/DC FOR Power Bank,Billy.Chen,移动电源架构,充电管理和升压是基本功能 可附加手电筒及MCU一键多控功能,从锂电池放电看锂电池利用率,锂电池放电时间曲线,1C放电时间曲线图 :电压从3.4V降至3.0V,增加容量约5%,手机低电警告: 3.55V 手机关机电压: 3.45V 移动电源保护: 建议: 3.4V or 3.3V 极端: 3.0V,从锂电池放电看锂电池利用率,锂电池放电特性曲线,使用2C放电时,放电特性明显弯曲,放电电流不超过1C,同步升压芯片物料选型,根据实际负载电流需求选择合适的升压芯片 5.0V/0.8A  G5171TB1U 图形芯片设计全过程 人类对视觉信号天生的敏感决定了对图形处理硬件性能的渴求成了现阶段硬件产业最炙手可热的话题。与满足听觉的音频设备相比,现在的图形处理技术水平给图形处理还留有很大的发展空间,要实现电影级别的实时三维渲染效果还有很长一段路要走。这就决定了这个产业的竞争充满了变数,在技术开发和市场推广策略上稍有不慎就会别别人赶超。为了应付激烈的行业竞争,图形处理芯片产业的各个厂商为了作为一种ASIC(Application Specific Integrated Circuit)特定用途集成电路已经衍生出特定运作的策略,产品研发程序,以基于DSP芯片设计的一种波形发生器 西安电子科技大学通信工程学院 张建萍 阔永红 傅丰林     摘  要:介绍了一种利用DPS TMS320VC5402和DAC AD7846以及PGA205、PGA103产生任意高精度波形的设计。并提供了具体电路的硬件实现框图以及所需的DSP波形产生程序。     关键词:DSP ;AD7846;DSP源程序     在通信、仪器仪表和控制等领域的信号处理系统中,经常要使用到正弦波以及其他波形发生器。通常可以通过下述两种方法来产生所需波形。一种方法为使用算法直接产生(如正弦波通过泰勒级1RFIC/IMS 2008 WSB-3© Arya BehzadRFIC/IMS 2008 WSB-3© Arya Behzad WSL - 3 Calibration Techniques for Wireless SoCs Arya Behzad Broadcom Corporation San Diego, CA 2RFIC/IMS 2008 WSL-3 © Arya Behzad Outline •Why Calibrate? •Calibration Techniques –Resistor Calibration –RC Time Constant Calibration –VCO Calibration –Automatic Frequency Control (Agile Frequency Offset Calibration) –Quadrature Error and LO Feedthrough Calibration –LO Generation Amplitude Control System and Cali常用存储器芯片设计指南常用存储器芯片设计指南常用存储器芯片设计指南常用存储器芯片设计指南 现代通讯产品中,各种存储器的应用已经是越来越广泛,可以这么说,产品中包含的 存储器的特性的好坏,直接关系到产品整体性能。因此,存储器芯片的设计,在通讯产品的 设计中,也显得愈发重要。 目前在通讯产品中应用的存储器,主要有 FLASH、SSRAM、SDRAM、串行 PROM 等, 由此延伸出去还有在接口电路中经常应用的 FIFO、双口 RAM 等,下面的内容就是这些常 用存储器芯片的原理介绍和在产品中的设计指南。 FLASH 介绍介绍介绍介绍 一一一一、影响硅片倒角加工效率的工艺研究 康洪亮 陶术鹤 张伟才 一、引言 在半导体晶圆的加工工艺中,对晶圆边缘磨削是非常重要的一环。晶锭材料被切割成晶圆后会形成锐利边缘,有棱角、毛刺、崩边,甚至有小的裂缝或其它缺陷,边缘的表面也比较粗糙。而晶圆的构成材料如Si、Ge、InP、GaAs、SiC等均有脆性。通过对晶圆边缘进行倒角处理可将切割成的晶圆锐利边修整成圆弧形,防止晶圆边缘破裂及晶格缺陷产生,,增加晶圆边缘表面的机械强度,减少颗粒污染。同时也可以避免和减少后面的工序在加工、模拟?,数字?,,OR,,数字IC设计流程,数字IC设计流程,,具体指标,物理指标,制作工艺 裸片面积 封装,性能指标,速度 功耗,功能指标,功能描述 接口定义,前端设计与后端设计,,,,,数字前端设计(front-end) 以生成可以布局布线的网表(Netlist)为终点。,数字后端设计( back-end ) 以生成可以可以送交foundry进行流片的GDS2文件为终点。 术语: tape-out—提交最终GDS2文件做加工; Foundry—芯片代工厂,如中芯国际。。。,算法模型 c/matlab code,RTL HDL vhdl/verilog,,NETLIST verilog,,Standcell library,,,LAYOUT GDSII,,对功能,时序,制造一、需求目的:1、热达标;2、故障少 二、细化需求,怎么评估样品:1、设计方面;2、测试方面 三、具体到芯片设计有哪些需要关注: 1、顶层设计 2、仿真 3、热设计及功耗 4、资源利用、速率与工艺 5、覆盖率要求 6、 四、具体到测试有哪些需要关注: 1、可测试性设计 2、常规测试:晶圆级、芯片级 3、可靠性测试 4、故障与测试关系 5、 测试有效性保证; 设计保证?测试保证?筛选?可靠性? 设计指标?来源工艺水平,模块水平,覆盖率 晶圆测试:接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、全面的功能测试模拟芯片设计的四个层次 从复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验,已经整整八年了,其间聆听过很多国内外专家的指点。最近,应朋友之邀,写一点心得体会和大家共享。  我记得本科刚毕业时,由于本人打算研究传感器的,后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意,只是当时惘然。电路和系统,看上去是两个概念, 两个层次。 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的,那时候知道他们是“系统”的, 而我们呢,是做模拟“电深入大规模芯片设计全过程 介绍了navida公司设计图象处理芯片(GPU)的全过程,本站对文章中一些专业内容进行了修改和补充,让大家可以对大规模芯片设计的过程,以及FPGA在IC设计中的作用,有一个形象的了解。 前言 人类对视觉信号天生的敏感决定了对图形处理硬件性能的渴求成了现阶段硬件产业最炙手可热的话题。 与满足听觉的音频设备相比,现在的图形处理技术水平给图形处理还留有很大的发展空间, 这就决定了这个产业的竞争充满了变数,在技术开发和市场推广策略上稍有不慎就会别别人赶超。 为了应付激烈的行业竞争, 设计出更高用555芯片设计的施密特触发器电路 (1)当ui=0时,由于比较器C1=1、C2=0,触发器置1,即Q=1、 ,uo1=uo=1。ui升高时,在未到达2VCC/3以前,uo1=uo=1的状态不会改变。 (1)当ui=0时,由于比较器C1=1、C2=0,触发器置1,即Q=1、 ,uo1=uo=1。ui升高时,在未到达2VCC/3以前,uo1=uo=1的状态不会改变。 (2)ui升高到2VCC/3时,比较器C1输出为0、C2输出为1,触发器置0,即Q=0、 ,uo1=uo=0。此后,ui上升到VCC,然后再降低,但在未到达VCC/3以前,uo1=uo=0的状态不会改变。 (1)当ui=0时,由于比较器C1=1第二讲 集成电路芯片的发展历史、设计与制造,北京科技大学计算机系 王昭顺,提纲,集成电路芯片及其发展历史 集成电路芯片的设计与制造,计算机科学发展的动力,一部分来自计算机理论的发展,但主要来自集成电路芯片性能的大幅提高。 集成电路芯片性能提高大致符合摩尔定律,即处理器(CPU)的功能和复杂性每年(其后期减慢为18个月)会增加一倍,而成本却成比例地递减。 集成电路生产工艺的提高,缩小了单管的尺寸,提高了芯片的集成度与工作频率,降低了工作电压。,1 集成电路芯片及其发展历史,什么是集成电路与芯片 CPU的结构 集成电路发展历第八章 系统芯片SOC设计,SoC概述,SoC是系统级集成,将构成一个系统的软/硬件集成在一个单一的IC芯片里。 它一般包含片上总线、MPU核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS内核、网络协议栈、嵌入式实时应用程序等模块,同时,它也具有外部接口,如外部总线接口和I/O端口。通常,SoC中包含的一些模块是经过预先设计的系统宏单元部件(Macrocell)或核(Cores) ,或者例程(Routines),称为IP模块,这些模块都是可配置的。,SoC概述,以超深亚微米VDSM(Very Deep Sub Micron)工艺和知识产权IP(Intellectual Property)核复用(ReBy 华强智连 杜波 2014-1 1 芯片芯片研发研发基本基本过程过程 一款芯片的设计开发,首先是根据产品应用的需求,设计应用系统应用系统,来初步确定应用对 芯片功能和性能指标的要求,以及哪些功能可以集成,哪些功能只能外部实现,芯片工艺及 工艺平台的选择,芯片管脚数量,封装形式等等,达到整个应用系统的成本低性能高,达到 最优的性价比。 之后, 进入系统开发和原型验证阶段系统开发和原型验证阶段。 根据芯片的框架结构, 采用分立元件设计电路板, 数字系统一般用 FPGA 开发平台进行原型开发和测试验证 (常见的 FPGA 有 XILINX 芯片设计和生产流程 大家都是电子行业的人,对芯片,对各种封装都了解不少,但是你 知道一个芯片是怎样设计出来的么?你又知道设计出来的芯片是 怎么生产出来的么?看完这篇文章你就有大概的了解。 复杂繁琐的芯片设计流程 芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样,先有晶圆作为地基,再层层往上 叠的芯片制造流程后,就可产出必要的 IC 芯片(这些会在后面介绍)。然而, 没有设计图,拥有再强制造能力都没有用,因此,建筑师的角色相当重要。但是 IC 设计中的建筑师究竟是谁呢?本文接下来要针对 IC 设计做介绍。 在 IC 生产流程中,IC 芯片设计实现介绍,北京中电华大电子设计有限责任公司,微电子技术,20世纪最伟大的技术 信息产业最重要的技术 进步最快的技术,基尔比(Jack Kilby)的第一个安置在半导体锗片上的电路取得了成功-“相移振荡器”,世界上第一块集成电路在TI诞生,基尔比据此获得诺比尔物理奖。,芯片是现代社会生活消费类产品的基石,集成电路和集成电路设计概念,集成电路:把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上,整个电路就在这个芯片上,把这个芯片放到腔体中进行封装,电路与外部的连接靠引脚完成。 集成电路设计:根据电路功能和性能的要求 白皮书 Cadence 芯片集成设计流程芯片集成设计流程 先进的全定制设计方法 目录 1. 概述 2. 先进的全定制设计方法(ACD) 3. 芯片集成所遇到的挑战 4. Virtuoso 芯片集成设计流程 5. 结论 插图目录 图 1 先进的全定制设计方法 图 2 多领域集成范围 图 3 Virtuoso 芯片集成设计流程 芯片集成设计流程——先进的专用集成电路设计(ACD)方法 1. 概述 本文介绍采用 Cadence Virtuoso 全定制设计平台所用的芯片集成设计流程。Virtuoso 设 计平台适宜应用于集成不同设计领域电路模块的全定制集成电路的设计; 这些模块可能涵盖 模拟电路编者按 原文由小熊在线最先发表,介绍了navida公司设计图象处理芯片(GPU)的全过程,本站对文章中一些专业内容进行了修改和补充,让大家可以对大规模芯片设计的过程,以及FPGA在IC设计中的作用,有一个形象的了解。   前言 人类对视觉信号天生的敏感决定了对图形处理硬件性能的渴求成了现阶段硬件产业最炙手可热的话题。 与满足听觉的音频设备相比,现在的图形处理技术水平给图形处理还留有很大的发展空间, 这就决定了这个产业的竞争充满了变数,在技术开发和市场推广策略上稍有不慎就会别别人赶超。 为了应付激烈的行业竞争,摘要 摘 要 随着 IC 设计的规模更大,速度更快,以及便携式设备的广泛需求,设计中 功耗的问题越来越凸现出来, 所以在整个设计流程中就需要对功耗进行分析和低 功耗设计,这些技术可以保证芯片的每一部分都能高效、可靠、正确地工作。 选择合适的低功耗手段,必须以细致的功耗预估为前提,并且也要掌握工具 的适用范围和能达到的低功耗底限。在流程中尽可能早的分析出功耗需求,可以 避免和功耗相关的设计失败。通过早期的分析,可以使用高层次的技巧来降低大 量的功耗,更容易达到功耗的要求。 本论文围绕数字 CMOS 电路的功耗问题进行Chap 1 绪论,课程内容,Part 1 超大规模集成电路设计导论 CMOS工艺、器件/连线 逻辑门单元电路、组合/时序逻辑电路 功能块/子系统(控制逻辑、数据通道、存储器、总线) Part 2 超大规模集成电路设计方法 设计流程 系统设计与验证 RTL设计与仿真 逻辑综合与时序分析 可测试性设计 版图设计与验证 SoC设计概述,课程参考书,(仅适用于Part 1) 中文版 《现代VLSI设计——系统芯片设计》(原书第三版) [美]韦恩•沃尔夫 著 科学出版社 英文版 Modern VLSI Design: System-on-Chip Design, 3th by Wayne Wolf,,该书的前半部分(Chap1-6),绪 IC设计完整流程及工具 IC的设计过程可分为两个部分,分别为:前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),这两个部分并没有统一严格的界限,凡涉及到与工艺有关的设计可称为后端设计。 前端设计的主要流程: 1、规格制定 芯片规格,也就像功能列表一样,是客户向芯片设计公司(称为Fabless,无晶圆设计公司)提出的设计要求,包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。 2、详细设计 Fabless根据客户提出的规格要求,拿出设计解决方案和具体实现架构,划分模块功能。 3、HDL编码 使用硬件描述语言(VHDL,Verilog HD第一章 集成电路设计概述,集成电路(IC)的发展 IC的分类、制造工艺 IC设计的要求 设计方法及其特点 典型的设计流程 自顶向下 由底向上 集成电路设计方法和工具的变革 设计系统的结构框架 EDA设计工具,1959世界第一块IC诞生于德州仪器和西物电气公司 4个晶体管/芯片 30年的发展,经历了从SSI、MSI、LSI、VLSI和ULSI的发展,目前可达到: 40亿个晶体管/芯片 600MHz ~ 4GHz 工作频率 0.1um的工艺线宽 有人通过计算得到这样的结论:假如用真空电子管而不是集成电路,现在的便携式计算机的内存容量所占体积相当于纽约世界贸易中心;假如按集成第1章 集成电路EDA设计概述,本课程中EDA定义 电子系统发展历史 高性能集成化设计 数字集成化设计流程 数字系统实现方法 集成化设计发展趋势 集成设计应用前景,EDA技术的范畴,IC 版图设计,PLD 设计,芯片电路设计,PCB 设计,模拟芯片,,数字芯片,数模混合芯片,设计输入,,逻辑综合,仿真,编程下载,,本课程内容!,,芯片设计,电路设计,什么是EDA技术?,EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化) 是在计算机的辅助下完成电子产品设计方案的输入、处理、仿真和下载的的一种先进的硬件设计技术! 是立足于计算机工作平台开发出来的一整套张长春 副教授,[email protected],集成电路技术简介,集成电路与微电子,内容,集成电路的出现 集成电路的产业分工 集成电路的分类 集成电路的设计 集成电路制造 集成电路的封装 集成电路的测试,电子管vs.晶体管,最早的电子计算机 18000个电子管,1500个继电器,占地150m2,重30吨,耗电140kW,电子管vs.晶体管,分立vs 集成,第一个晶体管,John Bardeen,William Bradford Shockley,Walter Houser Brattain,第一个晶体管 1947年12月23日 贝尔实验室,,1958年第一块集成电路:12个器件,Ge晶片,Kilby, TI公司 2000年诺贝尔物理奖,第一块集成电路,摩尔定律,IC第一章 集成电路工艺基础及版图设计,1.1 引言 1.2 集成电路制造工艺简介 1.3 版图设计技术 1.4 电参数设计规则,集成电路的制造需要非常复杂的技术,它主要由半导体物理与器件专业负责研究。VLSI设计者可以不去深入研究,但是有必要了解芯片设计中的工艺基础知识,才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说,更多关注的是工艺制造的能力,而不是工艺的具体实施过程。 由于SOC的出现,给IC设计者提出了更高的要求,也面临着新的挑战:设计者不仅要懂系统、电路,也要懂工艺、制造。,集成电路设计与制造的主要流程集成电路芯片设计及晶元初步制造,目录,,自从芯片诞生以来,芯片的发展基本上遵循了英特尔公司创始人之一的Gordon E. Moore 1965年预言的摩尔定律。该定律说: 当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。 芯片设计是集成电路产业链中的关键环节,是连接市场需求和芯片加工的重要桥梁,是表现芯片创意、知识产权与专利的重要载体。设计的本质是创新,芯片加工工艺存在着物理限制的可能,而芯片设计则可以在不同层次的加工舞台1,集成电路设计的现状与未来,2,集成电路发展的特点,1)摩尔定律: IC集成度每18个月增加一倍 特征线宽每3年缩小30% 2)集成电路一直是工业领先与理论 工艺制造领先与设计的领域 3) 电子产品中 集成电路所占成本从 5-10%增加到 30%-35%,3,国际半导体技术发展蓝图,,4,集成电路工艺发展趋势-1,,5,集成电路工艺发展趋势-2,英特尔公司已经在用65纳米工艺生产SRAM芯片,芯片含1000万个晶体管。 英特尔公司65纳米工艺,采用能够阻止电流泄露到其它电路的晶体管以及其它技术,能够提高芯片的性能或降低能耗。 在65纳米工艺芯片中栅极的长度(1-1),,1.1半导体基础知识,1.2半导体二极管,1.3双极型三极管,1.5单结晶体管和晶闸管,1.4场效应管,第一章常用半导体器件,1.6集成电路中的元器件,(1-2),,1.1.1导体、半导体和绝缘体,自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。,有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,1.1半导体基础知识,(1-3),半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。比如:热敏性、光敏性、掺杂性。,当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。,(1-4),1.1.2本征半导体,现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。,(1-5),通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。,完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称为本征半导体。,在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其

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