IC设计制造流程培训

IC设计制造流程培训纲要•行业背景知识•集成电路的设计•集成电路的生产制造过程•集成电路的封装以及测试第一部分•行业背景知识•集成电路的设计过程•集成电路的生产制造过程•集成电路的封装以及测试概述•行业背景知识–什么是微电子技术和集成电路？–集成电路的基本概念–集成电路的起源–集成电路的发展及ITRS•InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors–我国集成电路行业现状什么是微电子技术？–芯片制造技术•超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术–计算机辅助设计与计算机辅助测试技术–掩膜制造技术–材料加工技术–可靠性技术–封装技术和辐射加固技术什么是集成电路？集成电路的基本概念常用术语晶圆（WAFER）前、后道工序光刻特征尺寸（即线宽）集成电路的起源•晶体管的发明，BellLab,1947年•集成电路概念，杰克-基尔比（JackKilby），TI，1958年集成电路的发展•第一次变革：以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。70年代–IC设计是附属部门。人工设计为主。•第二次变革：Foundry公司与IC设计公司的崛起。80年代–集成电路的主流产品为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）及专用IC（ASIC）•第三次变革：“四业分离”的IC产业。90年代–形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors（ITRS）•摩尔定律（Moore‘sLaw)–集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番•半导体国际技术发展蓝图－ITRS–路线图协作组（RoadmapCoordinatingGroup，RCG）成立于1992年–(网址：)–“每节点实现大约0.7倍的缩小”或“每两个节点实现0.5倍的缩小”我国集成电路行业现状•集成电路设计、芯片制造与封装测试三业竞相发展–“以IC设计业为先导，IC制造业为主体”•在规模快速扩大的同时，技术水平迅速提高•自主开发和产业化取得了突破性的进展第三部分•行业背景知识•集成电路的设计•集成电路的生产制造过程•集成电路的封装以及测试什么是IC设计？•IC设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程，也是一个把产品从抽象的过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程。IC设计流程•规范目标•行为设计•结构设计•逻辑实现•物理实现•版图工程华虹集成的IC设计流程(ISO流程)•架构设计–系统架构设计•电路设计–模拟电路设计–数字电路设计•物理设计–版图设计–版图验证•Tapeout•设计验证–功能验证ArchitectureDesignDigitalCircuitDesignArchitectureReviewYDesignFIXNCircuitdesignreviewYTapeoutreviewNNTapeOutICDesignCircuitDesignPhysicalDesignTapeoutSynthesisP&RArchDesignDVKickoffmeetingVerificationplanAnalogIPrequirementBlockverificationAnalogcircuitdesignSystemverificationAnaloglayoutdesignPostSIMPostSTA/FMLayoutDRC/LVScheckFaboutandPackageDVreviewNSamplereleaseDesignvalidationYYIC设计的几个基本概念•前端设计和后端设计•Top－Down和BottomUp•设计输入•仿真•综合•单元库•EDA软件和CAD•Tape－out前端设计和后端设计后端反相器设计前端反相器设计Top－Down和Bottom－Up•自顶而下的设计（Top-Down)–IC设计的常规流程–便于早期发现问题–可以共享底层资源•由下而上的设计（Bottom-Up）–小模块或者建库–关键电路（提高性能）–反向工程（ReverseEngineering）设计输入•数字电路模块设计中的两种不同输入方式的设计流程1)电路图输入+仿真2)RTL输入+电路综合+仿真Verilog-XL功能验证门级电路图输入时序验证RTL描述综合与优化约束条件门级网表SDF约束SDF延迟时序验证GCF功能验证用静态时序分析工具做时序验证功能验证仿真•通过数学模型，建立尽量贴近真实物理器件的数学模型和应用条件–建库（专业的公司Artison,Feraday）–环境建模（Stimulus，Testbench）•占设计工作的比重逐渐加大•观察仿真波形Vs.自动测试•行为级、RTL级、逻辑级、物理级仿真（续）1)输入电路图2)电路的SPICE仿真3)检查仿真结果4)如果结果不满足要求则调整电路仿真（续）设计输入，与软件开发类似观察仿真结果选择要观察的信号综合•EDA工具通过读取库文件、约束文件、以及设计输入文件（如高级硬件描述语言写成的文本文件）以及指令文件，并自动生成符合要求的电路图或者电路网络表的过程。•代替了许多本来要人去做的工作。•培养了一批不懂电路的IC设计工程师–IC设计不是软件设计–EDA工具只是辅助手段–老问题，机器究竟能不能代替人？综合（续）一个通过硬件描述语言文件综合出电路的例子单元库•基本的晶体管和无源器件•常用的小规模电路结构，如基本逻辑门以及触发器等•包含经过加工后通过仪器测试到的真实物理参数（作为仿真的依据）•简化后端设计，就像在搭积木。•提高设计的可靠行，把精力用在更高层次的考虑，如架构和功能。•工厂提供，专业公司提供•关键文件–做设计没有库如同用没有准星的枪射击Tape－Out•何谓Tape-out?–Tape-out:就是将设计完成的GDS数据送交Foundry进行后续数据处理和掩膜版制作.•计算机非常可靠，为何经过设计流程后送去加工回来的芯片不工作？–数学模型与实际情况不一致–工厂加工存在偏差–人为的疏漏和错误，90％！第二部分•行业背景知识•集成电路的设计•集成电路的生产制造过程•集成电路的封装以及测试TransistorWorking在数字电路应用中，晶体管就像机械开关一样扮演者开关的角色。也就是存贮0或者1的关键部件State1State0我们利用固体和量子物理的技术实现的固体开关–在半导体工业里的晶体管有着比机械开关更小的尺寸、更快的速度、更加低的能量损耗State1State01.什么是晶体管?TransistorWorkingGateOxide0.25umlogicTi-SalicideProcessPolyTiSi2SpacerSourceDrainChannelLengthLDDPOLY晶体管也像机械开关一样有三个端点:1.多晶栅极扮演了控制按键的角色,漏极和源极分别扮演了输入与输出端的角色.2.晶体管的结构是怎样的?TransistorWorkingState1DrainBias(charge)TimesLevel(V)State0GateBias(discharge)TimesLevel(V)State1DrainBias(recharge)TimesLevel(V)VoltageontheDrainterminal(output)=在数字应用中，晶体管的行为类似于一个电容器1.漏极偏置(电容充电):电荷存储在漏极一端.2.栅极偏置(电容放电):存储的电荷从漏极流向源极3.漏极再偏置(栅极悬空,电容重新充电):电荷重新存储.3.晶体管是如何工作的?P-sub(Siliconwafer)SiN(Nitrid)Padoxide1.1.WaferStart1.2.PADOxidation(stressbuffer)1.7.SiN(Nitrid)Deposition1.8.DiffusionLithography:1.8.1P.R.coating1.8.2StepperExposure1.8.3DevelopmentPhotoResistorcoatingDiffusionmaskStepperExposureDiffusionP.R.P-sub(Siliconwafer)SiN(Nitrid)Padoxide简单的工艺流程–第一层(Diffusion)简单的工艺流程–第一层(Diffusion)cont.DiffusionP.R.P-sub(Siliconwafer)SiN(Nitrid)PadoxideSTISTI1.7.Trench(STI)PlasmaEtching1.7.1SiNEtching1.7.2SiliconEtching1.8.PhotoResistorremove简单的工艺流程–第一层(Diffusion)cont.1.7.APCVDSTIrefill1.7.1LinerOxideGrowth1.7.2APCVDOxidedeposition1.7.3STIFurnaceDensify1.8.STICMP1.9.SiNremoveDiffusionP.R.P-sub(Siliconwafer)SiN(Nitrid)PadoxideSTISTISTI简单的工艺流程–阱的形成N-WELLMaskP.R.CoatingN-WELLP.R.StepperExposure2.1N-WELLFormation:2.1.1N-WELLPRcoating2.1.2N-WELLLithography2.1.3Development2.1.4N-WELLimplant2.1.5PRstripping2.2P-WELLFormation:2.2.1P-WELLPRcoating2.2.2P-WELLLithography2.2.3Development2.2.4P-WELLimplant2.2.5PRstrippingP-sub(Silicon)Sac.oxideSTIPWELLN-WELLP.R.CoatingP-WELLMaskStepperExposureN-WELLImplant1.N-WELL-12.N-WELL-27.PMOS-VT8.PMOSanti-punchP-WELLImplant1.P-WELL-12.P-WELL-27.NMOS-VT8.NMOSanti-punch简单的工艺流程–栅氧化和多晶PRcoatingP-sub(Silicon)NWELLPWELLGateOxideTGMaskStepperExposureGateOxide2UPOLYgrowth3GateOxideFormation:3.1ThickGateOxideGrowth3.2PRcoating3.3TGLithography3.4Development3.5RCA-AWetetching3.6PRstripping3.7ThinGateOxideGrowth4.PolyGrowth4.1undope.POLYgrowth4.2N+POLYPRcoating4.3N+POLYLithography4.4Development4.5N+POLYimplantandPRStripPRCoatingN+POLYMaskN+POLYPRN+POLYimplantStepperExposure简单的工艺流程－栅极工程P-subNWELLSTIPWELLPolyPRcoatingPolyMaskNLDDN-LDDN-PKTN-LDDN-PKTP-LDDPRP-LDDP-PKTStepperExposureN-LDDImplantP-LDDimplant5PolyGateFormation:5.1Polyannealing5.2PRcoating5.3POLYLithography5.4Development5.5POLYGateetching5.6PRstripping5.7ThinOxideGrowth6.L