IC整個設(shè)計流程是什么

【專家解說】：這位朋友，你好！以下是根據(jù)你的要求幫你篩選搜索的內(nèi)容，希望對你有所幫助！IC制造設(shè)計流程很復(fù)雜，篇幅有些長，慢慢看哈！***********************************************************************************************************************************IC的制作分為三大塊：1、IC的設(shè)計。2、晶圓的制造。3、封裝。 大家知道，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和不斷提高，我們現(xiàn)在賣的芯片在我們的生活中無處不在，和我們的生活息息相關(guān)。舉個例子來說吧，大到宇宙飛船，人造衛(wèi)星，小到我們家里的電動玩具，里面都有芯片的存在。這就體現(xiàn)了芯片對人類生活的重要性。 一個產(chǎn)品，一般都要經(jīng)過如下幾個過程，從設(shè)計開發(fā)到制造，最后到用戶手上。我們處在IC這個行業(yè)中，也是一樣的。雖然我們現(xiàn)在僅僅是在銷售這個環(huán)節(jié)上，但我看來，我們應(yīng)該對整個IC的產(chǎn)生的過程都要有所了解。 IC這個制造過程我們可以把它分為上，中，下三游。上游是IC設(shè)計，（包括邏輯設(shè)計，電路設(shè)計和圖形設(shè)計）；中游是光刻（或光造）和晶圓的制造；下游是封裝和成品測試；其中中游這一塊即晶圓的制造是技術(shù)工藝最復(fù)雜，投資最大的地方，因此很多設(shè)計廠商都會拿到專門的晶圓制造廠去制造芯片。 在臺灣有2個較大的晶圓制造廠（晶圓代工廠），一個是臺積電（臺灣積體電路制造股份有限公司），另一個是臺聯(lián)電。其中臺積電是世界上最大的晶圓制造廠。在中國大陸也有一個很大的晶圓制造廠，即中芯國際，計劃在北京也要投資一個12英寸的晶圓制造廠，這表示了我國的晶圓制造工藝水平正在一步步走向成熟。 IC設(shè)計與制版 1、IC的設(shè)計：設(shè)計分為三個階段：邏輯設(shè)計，電路設(shè)計，圖形設(shè)計 （1）功能描述 要完成一個完整的集成電路芯片，首先要對這一個芯片做完整的功能描述。例如現(xiàn)在我們要設(shè)計一個全自動雨陽蓬，當(dāng)下雨時，或者有異物落在雨陽蓬上時，它能自動從外收回關(guān)緊門窗，防止外界物體弄臟房間，那么就根據(jù)這個功能的描述，來設(shè)計我們的電路圖，并讓它達(dá)到最佳的性能（因為一般功能都可以達(dá)到，但是有時候個別參數(shù)不一樣的話，性能可能就達(dá)不到最佳了）。 （2）邏輯設(shè)計（以二進(jìn)制為原理的數(shù)字電路） 邏輯設(shè)計之目的是用已有的基本邏輯單元，將描述電路功能的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)一步的具體化，使所有的功能描述皆能以實際可執(zhí)行的電路模塊來完成，并要經(jīng)過檢驗，確定所設(shè)計的邏輯沒有問題。 （3）電路模擬分析 邏輯設(shè)計完成后，接著要將每一個邏輯單元，轉(zhuǎn)化成實際的電路組件符號（就是電阻，電容之類的），再將這些組件符號進(jìn)行組合，形成真正的電路，再進(jìn)行一次檢測（這時會有一個檢測結(jié)果）。 （4）電路布局 所謂電路布局，實際上就是做電路分析及半導(dǎo)體制程的中間橋梁，具個例子，就是一個房子它分廚房，衛(wèi)生間，臥室等，設(shè)計師需要將這些"組件"進(jìn)行布局，使房子的功能達(dá)到最佳的效果，比如具有通風(fēng)好，光線好，涼臺多用化之類的性能。當(dāng)我們做完電路布局后，還要利用電腦輔助設(shè)計﹝CAD﹞程序，檢測電路布局是否有缺失，檢測的結(jié)果和先前由所驗算的結(jié)果是否一致（步驟3的結(jié)果），如果不一致，就有可能是把廚房做到衛(wèi)生間去了，則需要再次進(jìn)行電路模擬分析，再到電路布局。當(dāng)結(jié)果正確后，便可將定案之電路布局送去制作光罩（就是下面所談到了光學(xué)掩模板），設(shè)計便完成了。 （5）制版 首先，制版（光學(xué)掩模板）的目的是為了利用光刻機(jī)把電腦上的圖案通過曝光技術(shù)印到WAFER的表面，制版的原理就跟我們小時候玩的一個小試驗相似-------放大鏡利用太陽能使火柴棒燃燒，天上的太陽就相當(dāng)于我們的光刻機(jī)，手中的放大鏡就相當(dāng)于我們的光學(xué)掩模板，下面的火柴相當(dāng)于WAFER，不同點在于放大鏡是利用太陽能使火柴燃燒，光學(xué)掩模板是利用光刻機(jī)使WAFER表面形成圖案，相信這樣比喻大家應(yīng)該明白這三者是怎樣的關(guān)系了。光學(xué)掩模板的成本也很高，主要成分是一種感光乳劑，是一種化學(xué)物質(zhì)，光學(xué)掩模板也叫鉻板，之所以主要成分選它，除了因為它具有感光特性以外，它還可以減少對晶圓的損壞，因為成本較高，一般都是幾個廠家一起制一塊試驗板，測試成功了才會制正式板，接著才會正式投入使用。 2、WaferProcess晶圓制造 大家都知道硅是一種半導(dǎo)體，它可以通電也可以絕緣，在芯片的生產(chǎn)中大多數(shù)的人選擇用硅來做為原料，為什么呢?因為硅的價格便宜，而其它金屬的價格要貴。那么硅為什么會便宜呢？ 是因為硅是世界上第二豐富的元素，分布廣，它占整個地殼的四分之一，連我們平時隨處可見的沙子里面都含有硅。 硅雖然很多，含有的雜質(zhì)也多，硅礦石也很粗糙，要經(jīng)過提煉才能成為單晶硅。那晶園制造廠怎么來提煉單晶硅呢? 先要將硅礦提煉成多晶硅，再將多晶硅放入石英爐里。同時用加熱器將石英爐加熱，讓多晶硅慢慢的融化，等到多晶硅充分融化后便在石英爐中插入一根石英棒慢慢的將純凈的單晶硅從石英爐中拉出來，讓其冷卻。這個過程就有點象我們小的時候吃轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)糖時會看到的情形。首先將黃糖放入鍋中加熱，糖就會慢慢的軟化成為很有粘性的物質(zhì)，再用跟棍子插入鍋中將糖慢慢的拎出來，冷卻后從棍端到鍋中間就會形成一個糖柱。那么單晶硅被拉出來后也就形成了個圓柱狀。但因為懼怕灰塵的顆粒導(dǎo)致生產(chǎn)的芯片失去效力。整個制作過程是需要在潔凈室完成的。而被拉出來的單晶硅還是不規(guī)則的還需要打磨。打磨后還要用金剛石將它切割成一定的厚度后，這之后就形成了WAFER。 那么晶圓為什么會得到這么個名字呢，其實很簡單就是因為經(jīng)過切割后它形狀象個圓形，故被叫做晶原或是硅晶圓片 談到晶圓，有兩個因素是必需要提及的，一個是線寬:現(xiàn)在在芯片的制作中線寬小到了微米，線寬越小，能連接的元器件就越多，因此實現(xiàn)的功能就越強(qiáng)大。 晶圓的直徑:晶圓的直徑越大，同一晶圓上可以制成的IC就越多，成本就可以降低?，F(xiàn)在有生產(chǎn)4英寸的晶圓，6英寸的晶圓，8英寸的晶圓和12英寸的晶圓。目前在中國能生產(chǎn)12英寸的晶圓的廠家在臺灣，一個是臺積電（臺灣積體電路制造股份有限公司），另一個是臺聯(lián)電。大陸中興國際目前也具備生產(chǎn)12英寸的晶圓的能力，正積極準(zhǔn)備在北京建廠生產(chǎn)。雖然晶圓的直徑越大，同一晶圓上可以制成的IC就越多，但是同時對材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的要求更高。與業(yè)務(wù)相關(guān)的地方: A、生產(chǎn)晶圓的廠家可以不是原設(shè)計的廠家 如果客戶說他收到的片子上顯示的廠家和這個被解剖開的晶圓上的廠家不是一致的，我們也可以跟他解釋說片子外觀上的是封裝廠（既原設(shè)計廠）的代碼，而這個晶圓上的是晶圓生產(chǎn)廠的代碼，生產(chǎn)晶圓的廠家可以不是原設(shè)計的廠家，因此這不能證明任何問題。如果客戶扯到片子的型號標(biāo)識不一樣，我們也可以告訴客戶片子上的型號標(biāo)識是封裝廠（既原設(shè)計廠）注明的，而晶圓上的可以是晶圓生產(chǎn)廠的版權(quán)專利標(biāo)識，因此這個不一樣也是很正常的。并不能說明我們發(fā)給客戶的貨不是原廠出的。 B、生產(chǎn)晶圓的廠家也未必是封裝晶圓的廠家 如果客戶說這個晶原上的D/C和我們發(fā)給客戶的D/C不一致，我們可以解釋:片子的外觀上所看到的批號是封裝時的D/C，而這個晶圓上所看到的批號則是晶圓生產(chǎn)時的批號，生產(chǎn)了晶圓后過段時間拿去封裝，是完全合乎情理的。這并不能說明什么。 IC的制造流程： 晶圓：晶圓就是單晶硅圓片，由普通的硅色拉制提煉而成，是最常見的半導(dǎo)體材料。按其直徑分為４英寸、６英寸和８英寸，近年發(fā)展了１２英寸甚至更大規(guī)格。晶圓越大，同一圓片上可安排的集成電路就越多，可降低成本，但要求的材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)更高。 1)表面清洗： 晶圓表面附著一層大約2um的Al2O3和甘油混合液保護(hù)之，在制作前必須進(jìn)行化學(xué)刻蝕和表面清洗。 2)初次氧化 有熱氧化法生成SiO2緩沖層，用來減小后續(xù)中Si3N4對晶圓的應(yīng)力氧化技術(shù)-----干法氧化&濕法氧化 3)CVD(ChemicalVapordeposition)法沉積一層Si3N4(HotCVD或LPCVD)。 （1）、常壓CVD(NormalPressureCVD)（2）、低壓CVD(LowPressureCVD) （3）、熱CVD(HotCVD)/(thermalCVD)（4）、電漿增強(qiáng)CVD(PlasmaEnhancedCVD) （5）、MOCVD(metalOrganicCVD)&分子磊晶成長(MolecularBeamEpitaxy) （6）、外延生長法(LPE) 4)涂敷光刻膠 光刻制造過程中，往往需采用20-30道光刻工序，現(xiàn)在技術(shù)主要采有紫外線(包括遠(yuǎn)紫外線)為光源的光刻技術(shù)。光刻工序包括翻版圖形掩膜制造，硅基片表面光刻膠的涂敷、預(yù)烘、曝光、顯影、后烘、腐蝕、以及光刻膠去除等工序。 (1)光刻膠的涂敷 (2)預(yù)烘(prebake) (3)曝光 (4)顯影 (5)后烘(postbake) (6)腐蝕(etching)--1濕法腐蝕&2干法腐蝕3同步輻射(SOR：synchrotronorbitalradiation)X線光刻技術(shù) (7)光刻膠的去除 5)將氮化硅去除 6)離子布植將硼離子(B+3)透過SiO2膜注入襯底，形成P型阱 7)去除光刻膠，放高溫爐中進(jìn)行退火處理 以消除晶圓中晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力，以恢復(fù)晶格的完整性。 8)用熱磷酸去除氮化硅層，摻雜磷(P+5)離子，形成N型阱 9)退火處理，然后用HF去除SiO2層 10)干法氧化法生成一層SiO2層，然后LPCVD沉積一層氮化硅 11)利用光刻技術(shù)和離子刻蝕技術(shù)，保留下柵隔離層上面的氮化硅層 12)濕法氧化，生長未有氮化硅保護(hù)的SiO2層，形成PN之間的隔離區(qū) 13)熱磷酸去除氮化硅，然后用HF溶液去除柵隔離層位置的SiO2，并重新生成品質(zhì)更好SiO2薄膜，作為柵極氧化層。 14)LPCVD沉積多晶硅層，然后涂敷光阻進(jìn)行光刻，以及等離子蝕刻技術(shù)，柵極結(jié)構(gòu)，并氧化生成SiO2保護(hù)層。 15)表面涂敷光阻，去除P阱區(qū)的光阻，注入砷(As)離子，形成NMOS的源漏極。用同樣的方法，在N阱區(qū)，注入B離子形成PMOS的源漏極。 16)利用PECVD沉積一層無摻雜氧化層，保護(hù)組件，并進(jìn)行退火處理。 17)沉積摻雜硼磷的氧化層 18)濺鍍第一層金屬 19)光刻技術(shù)定出VIA孔洞，沉積第二層金屬，并刻蝕出連線結(jié)構(gòu)。然后，用PECVD法氧化層和氮化硅保護(hù)層 20)光刻和離子刻蝕，定出PAD位置 21)最后進(jìn)行退火處理，以保證整個Chip的完整和連線的連接性 3、IC的封裝與測試。 芯片的封裝 IC封裝的定義---------是由半導(dǎo)體集成電路（IntergratedCircult，IC）與其它相關(guān)電子組件，經(jīng)過數(shù)道程序與產(chǎn)品（零件）的組裝構(gòu)成，使其在適宜的環(huán)境下，發(fā)揮系統(tǒng)設(shè)計功能，整個流程即稱之為封裝（PACKAGE）。 封裝的主要目的---------在于"傳遞電能"，"傳遞電路迅號"，"提供散熱途徑"與"機(jī)械承載與保護(hù)"。 在封裝的時候，交由封裝廠進(jìn)行封裝。這里的封裝廠就不像前面必須一一對應(yīng)了。可以有很多家。由他們指把一個個能完成設(shè)計電路功能的裸露小芯片電路管腳，用引線接引到外部接頭處，以便與其它器件連接。它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電器性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁。因此，封裝對于集成電路來說起著重要的作用。有些為避免增加費用，使用軟包裝。在這個環(huán)節(jié)，可能會出現(xiàn)封裝是同一批號，但晶圓不是同一批號的。 怎樣衡量一個芯片封裝技術(shù)是否先進(jìn)呢？首先，要看芯片面積與封裝面積之比，其比值越接近1越好。當(dāng)然這個比值永遠(yuǎn)也不可能等于1，那應(yīng)該稱作"裸晶"。例如以采用40引腳的塑封雙列直插式封裝(PDIP)的CPU為例，其芯片面積/封裝面積=3×3/15.24×50=1/85，離1相差很遠(yuǎn)。不難看出，這種封裝尺寸遠(yuǎn)比芯片大，說明封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。接著要看引腳的設(shè)計。理論上來說引腳要盡量的短，以減少信號延遲；引腳間的距離要盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾。但隨著晶體管集成的數(shù)量越來越龐大，單一芯片中附加的功能越來越多，引腳的數(shù)目正在與日俱增，其間距也越來越小。引腳的數(shù)量從幾十，逐漸增加到幾百，今后5年內(nèi)可能達(dá)2000?；谏岬囊螅庋b越薄越好。隨著芯片集成度的提高，芯片的發(fā)熱量也越來越大。除了采用更為精細(xì)的芯片制造工藝以外，封裝設(shè)計的優(yōu)劣也是至關(guān)重要的因素。設(shè)計出色的封裝形式可以大大增加芯片的各項電器性能。如比較小的阻抗值、較強(qiáng)的抗干擾能力、較小的信號失真等。 封裝就是安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電路性能下降，所以封裝是至關(guān)重要的。封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。封裝的這些作用和包裝是基本相似的，但它又有獨特之處。封裝不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電路性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁--芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其它器件建立連接。因此，封裝對CPU和其它大規(guī)模集成電路都起著重要的作用。隨著CPU和其它大規(guī)模電路的進(jìn)步，集成電路的封裝形式也將有相應(yīng)的發(fā)展。芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，芯片面積與封裝面積之比（衡量封裝技術(shù)水平的主要指標(biāo)）越來越接近于1，適用頻率越來越高，耐溫性能也越來越好。它還具有重量小，可靠性高，使用方便等優(yōu)點。 封裝的分類： 1、從使用的包裝材料來分，我們可以將封裝劃分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝； A）、金屬封裝是半導(dǎo)體器件封裝的最原始的形式，它將分立器件或集成電路置于一個金屬容器中，用鎳作封蓋并鍍上金。金屬圓形外殼采用由可伐合金材料沖制成的金屬底座，借助封接玻璃，在氮氣保護(hù)氣氛下將可伐合金引線按照規(guī)定的布線方式熔裝在金屬底座上，經(jīng)過引線端頭的切平和磨光后，再鍍鎳、金等惰性金屬給與保護(hù)。在底座中心進(jìn)行芯片安裝和在引線端頭用鋁硅絲進(jìn)行鍵合。組裝完成后，用10號鋼帶所沖制成的鍍鎳封帽進(jìn)行封裝，構(gòu)成氣密的、堅固的封裝結(jié)構(gòu)。金屬封裝的優(yōu)點是氣密性好，不受外界環(huán)境因素的影響。它的缺點是價格昂貴，外型靈活性小，不能滿足半導(dǎo)體器件日益快速發(fā)展的需要。現(xiàn)在，金屬封裝所占的市場份額已越來越小，幾乎已沒有商品化的產(chǎn)品。少量產(chǎn)品用于特殊性能要求的軍事或航空航天技術(shù)中。 B）、陶瓷封裝是繼金屬封裝后發(fā)展起來的一種封裝形式，它象金屬封裝一樣，也是氣密性的，但價格低于金屬封裝，而且，經(jīng)過幾十年的不斷改進(jìn)，陶瓷封裝的性能越來越好，尤其是陶瓷流延技術(shù)的發(fā)展，使得陶瓷封裝在外型、功能方面的靈活性有了較大的發(fā)展。目前，IBM的陶瓷基板技術(shù)已經(jīng)達(dá)到100多層布線，可以將無源器件如電阻、電容、電感等都集成在陶瓷基板上，實現(xiàn)高密度封裝。陶瓷封裝由于它的卓越性能，在航空航天、軍事及許多大型計算機(jī)方面都有廣泛的應(yīng)用，占據(jù)了約10％左右的封裝市場（從器件數(shù)量來計）。陶瓷封裝除了有氣密性好的優(yōu)點之外，還可實現(xiàn)多信號、地和電源層結(jié)構(gòu)，并具有對復(fù)雜的器件進(jìn)行一體化封裝的能力。它的散熱性也很好。缺點是燒結(jié)裝配時尺寸精度差、介電系數(shù)高（不適用于高頻電路），價格昂貴，一般主要應(yīng)用于一些高端產(chǎn)品中。 C）、相對而言，塑料封裝自七十年代以來發(fā)展更為迅猛，已占據(jù)了90％（封裝數(shù)量）以上的封裝市場份額，而且，由于塑料封裝在材料和工藝方面的進(jìn)一步改進(jìn)，這個份額還在不斷上升。塑料封裝最大的優(yōu)點是價格便宜，其性能價格比十分優(yōu)越。隨著芯片鈍化層技術(shù)和塑料封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是在八十年代以來，半導(dǎo)體技術(shù)有了革命性的改進(jìn)，芯片鈍化層質(zhì)量有了根本的提高，使得塑料封裝盡管仍是非氣密性的，但其抵抗潮氣侵入而引起電子器件失效的能力已大大提高了，因此，一些以前使用金屬或陶瓷封裝的應(yīng)用，也已漸漸被塑料封裝所替代。 2、 從成型工藝來分，我們又可以將封裝劃分為預(yù)成型封裝(pre-mold)和后成型封裝（post-mold）； 3、至于從封裝外型來講，則有SIP(singlein-linepackage)、DIP(dualin-linepackage) PLCC(plastic-leadedchipcarrier)、PQFP(plasticquadflatpack)、SOP(small-outlinepackage) 、TSOP(thinsmall-outlinepackage)、PPGA(plasticpingridarray)、PBGA(plasticballgridarray)、CSP(chipscalepackage)等等。 4、若按第一級連接到第二級連接的方式來分，則可以劃分為PTH(pin-through-hole)和SMT（surface-mount-technology）二大類，即通常所稱的插孔式（或通孔式）和表面貼裝式。芯片的測試。 為了能在當(dāng)今激烈的市場競爭中立于不敗之地，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家就必需確保產(chǎn)品質(zhì)量。而為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中就需要采用各類測試技術(shù)進(jìn)行檢測，以及時發(fā)現(xiàn)缺陷和故障并進(jìn)行修復(fù)。 我們在使用某個芯片的時候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，就是芯片的其中幾個引腳沒有用到。我們甚至還會以為這樣子使用這個芯片是用錯了。其實這幾個引腳是用來測試用的。在芯片被制造出來之后，還要由芯片測試工程師對芯片進(jìn)行測試，看這些生產(chǎn)出來的芯片的性能是否符合要求、芯片的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。實際上，我們這種測試方法只是接觸式測試，芯片測試技術(shù)中還有非接觸式測試。 隨著線路板上元器件組裝密度的提高，傳統(tǒng)的電路接觸式測試受到了極大的限制，而非接觸式測試的應(yīng)用越來越普遍。所謂非接觸測試，主要就是利用光這種物質(zhì)對制造過程中或者已經(jīng)制造出來的芯片進(jìn)行測試。這就好像一個人覺得腿痛，他就去醫(yī)院進(jìn)行一個X光透視，看看腿是不是出現(xiàn)骨折或者其它問題。這種方法不會收到元器件密度的影響，能夠以很快的測試速度找出缺陷。 有些是交由單獨的測試廠，由機(jī)器按照設(shè)定的要求進(jìn)行測試。目的是確保IC能滿足最低電氣規(guī)范化要求，并按不同要求分類，統(tǒng)計出分類結(jié)果和不同參數(shù)分布，供質(zhì)量和生產(chǎn)部門參考。通過測試的被統(tǒng)一包裝，稱為"全新原裝"；未通過測試的被稱為次品，即我們大多數(shù)所稱"散新"。*********************************************************************************************************************************** 如果還需要其他的幫助，請追加提問，嘿嘿~