求一份集成电路制造工艺的主要流程？

Question

RT，请问有谁知道集成电路制造工艺的主要流程？想要一份详细的流程，知道的帮一下。

Answer 1

Chapter 2
IC 生产流程与测试系统
1
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
2 IC 生产流程与测试系统
2.1 IC 生产流程简介
你想知道精密的IC 芯片是如何从粗糙的硅矿石中诞生的吗？本节将为您揭开IC 制造的神秘面纱。
你知道吗？制造一块IC 芯片通常需要400 到500 道工序。但是概括起来说，它一般分为两大部分：前道
工序（front-end production）和后道工序（back-end production）。
[1] 前道工序
该过程包括：
(1) 将粗糙的硅矿石转变成高纯度的单晶硅。
(2) 在wafer 上制造各种IC 元件。
(3) 测试wafer 上的IC 芯片
[2] 后道工序
该过程包括：
(1) 对wafer 划片（进行切割）
(2) 对IC 芯片进行封装和测试
在制造过程中有数道测试步骤。其中，在前道工序中对IC 进行的测试，我们把它叫做wafer 测试。在后
道工序过程中对封装后的IC 芯片进行的测试，我们称之为封装测试。在有些情况下，wafer 测试也被放
在后道工序中，但在本文里，我们把wafer 测试归为前道测试。
半导体基础知识
2
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
♦ADVANTEST
前道生产流程：
<1> 硅棒的拉伸
将多晶硅熔解在石英炉中，然后依靠
一根石英棒慢慢的拉出纯净的单晶硅棒。
晶种
单晶硅
加热器
石英炉
熔融的硅
金刚石刀
单晶硅
抛光剂
Wafer
气体
加热器
Wafer
石英炉
<2> 切割单晶硅棒
用金刚石刀把单晶硅棒切成一定的厚度
形成WAFER。
<3> 抛光WAFER
WAFER 的表面被抛光成镜面。
<4> 氧化WAFER 表面
WAFER 放在900 度——1100 度的氧化
炉中，并通入纯净的氧气，在WAFER 表面
形成氧化硅。
Chapter 2
IC 生产流程与测试系统
3
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
滴上光刻胶
电极
电极
真空泵
反应气体
Wafer
Wafer
抛光板
研磨剂
光学掩模板
镜片
Wafer
移位
重复<5> 到<9>，在
WAFER 上形成所需的
各类器件
<5> 覆上光刻胶
通过旋转离心力，均匀地在WAFER
表面覆上一层光刻胶。
<6> 在WAFER 表面形成图案
通过光学掩模板和曝光技术在
WAFER 表面形成图案。
<7> 蚀刻
使用蚀刻来移除相应的氧化层。
<8> 氧化、扩散、CVD 和注入离子
对WAFER 注入离子（磷、硼），然
后进行高温扩散，形成各种集成器件。
<9> 磨平（CMP）
将WAFER 表面磨平。
半导体基础知识
4
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
♦ADVANTEST
正极
负极
Wafer
进气
出气
芯片
Wafer
探针卡
信号
使用ADVANTEST 的
T6573 测试系统
<10> 形成电极
把铝注入WAFER 表面的相应位置，
形成电极。
<11>WAFER 测试
对WAFER 进行测
试，把不合格的芯片
标记出来。
Chapter 2
IC 生产流程与测试系统
5
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
后道生产流程：（对WAFER 测试合格的芯片进行下面的处理）
􀀀Ε 􀀀Ε 􀀀Ε􀀀Ε 􀀀Ε 􀀀Ε
􀀀Ε􀀀Ε􀀀Ε􀀀Ε􀀀Ε
􀀀Ε 􀀀Ε􀀀Ε􀀀Ε
􀀀Ε 􀀀Ε
金刚石刀
Wafer
芯片
Frame
芯片
连线
芯片Frame
树脂
<12> 切割WAFER
把芯片从WAFER 上切割下来。
<13> 固定芯片
把芯片安置在特定的FRAME 上
切割机切割
Lead Frame
<14> 连接管脚
用25 微米的纯金线将芯片和FRAME
上的引脚连接起来。
<15> 封装
用陶瓷或树脂对芯片进行封装。
半导体基础知识
6
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
♦ADVANTEST
2.2 前道工序中的测试及设备
在前道工序完成前要对wafer 进行前道测试，这样做可以避免对不合格的IC 芯片进行封装，从而减少不
必要的浪费，减少生产成本。
T665510
镜片
激光
芯片
测试socket
信号
Performance board
芯片
老化板
芯片
引脚
<16> 修正和定型（分离和铸型）
把芯片和FRAME 导线分离，使芯
片外部的导线形成一定的形状。
<17> 老化（温度电压）测试
在提高环境温度和芯片工作电压的情
况下模拟芯片的老化过程，以去除发
生早期故障的产品
老化机老化板
<18> 成品检测及可靠性测试
进行电气特性检测以去除不合格的芯片
成品检测：
电气特性检测及外观检查
可靠性检测：
实际工作环境中的测试、长期工作的寿
命测试
<19> 标记
在芯片上用激光打上产品名。
完整的封装
Chapter 2
IC 生产流程与测试系统
7
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
下面，将向大家介绍一下前道测试中需要使用的设备：
(1) 测试系统（test system）：测试系统生成测试IC 时所需的各种信号，并且检测IC 的输出信号。根
据检测的结果，测试系统判断所测的IC 是否合格，并将测试的结果传输给wafer prober。
(2) Wafer prober：wafer prober 将wafer 从工作台上移送到测试头下面，并将探针卡上的针脚压在IC
芯片上，形成良好的电气接触。Wafer prober 还要根据测试系统的测试结果，给不合格的IC 打上墨
印。
(3) 探针卡（probe card）：探针卡负责测试系统与IC 芯片之间的电气连接。在探针卡上有很多的探针
（needle）。测试时，这些探针被压到IC 芯片的电极板上，从而完成与IC 芯片的电气连接。
早期的探针是几厘米长的钨质探针。但是这种钨质探针因为自身的电气特性，无法应用在信号频率
高于60MHz 的场合，也无法应付narrow pitched pad。
之后推出的新型探针卡上的探针已经解决了上述的限制，完全可以满足当今设备的测试需求。
再接下来，将向大家介绍一下memory 器件在wafer 测试中的修复：
在高密度内存单元的制造过程中，通常会额外地再造一些备用的内存单元。这样，在测试中如果发现某
些内存单元不合格，就可以用备用的内存单元进行替换，从而提高良品率。
在wafer 测试中，需要对不合格的IC 芯片进行分析，以判别如何使用备用的内存单元来修复这些芯片。
这种分析称为修复分析，分析的算法称为修复算法。
经过修复算法分析后，如果IC 芯片不能修复，就归为废品，如果可以修复，就使用激光修复器对电路重
新连接，用备用内存单元条替换已损坏的内存单元。修复后的IC 芯片需要重新进行测试。只有通过测试
后，wafer 测试才算结束。
最后，让我们再看一下wafer 测试分析：
将wafer 测试的结果根据芯片的位置坐标显示出来，就可以形成一张wafer 的映射图。通过该图，可以
看到次品芯片的分布趋势。良品/ 次品的分类也可以依靠映射图中的数据进行，而无须使用墨印器。对
于内存设备来说，还能够显示每一个不合格的比特的空间分布。次品的错误模式以及其他的分析数据对
于减少次品率大有益处。
剔除废品IC 的方法：
1 ．使用墨印器（Inker）给不合格的IC 芯片上打上墨印。在后道工序中，
在划片的时候丢弃被打上墨印的IC
2 ．也可以不用墨印器，而直接记录下出问题的IC 芯片在wafer 上的坐
标。在后道工序中（切割wafer 时）根据该坐标丢弃IC。
小知识
内存单元：
内存单元是用来保存数据（0 或1）的电路单元。
一个最简单的内存单元是由一对晶体管和一个电容组成的。例如，拥有
64Mbit 容量的内存设备中有64,000,000 个内存单元。
MRA：
在ADVANTEST，我们使用MRA （memory repair analyzer，即内存修复分析
器）来进行高速的分析并获得修复方案。即，如何用备用单元条来替换有问
题的单元。
小知识
半导体基础知识
8
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
♦ADVANTEST
Fig.2-1 由WFBMAP3 显示的wafer fail bit map
2.3 封装测试/ 最终测试
在完成封装测试的过程中，我们要用到的测试系统和HANDLER。
刚刚我们提到了存放IC 芯片的托盘，下面我们来介绍一下。
WFBMAP3
WFBMAP3 （wafer fail bit map）是一个ADVANTEST 为内存测试提供的软
件。Wafer map 与wafer fail bit map 这两个软件都能显示wafer 上芯片
的测试结果，但是只有wafer fail bit map 能够显示内存芯片中每一个内
存单元的测试结果。
小知识
测试系统到底做些什么？
答：测试系统会向所测试的IC 加上信号，然后从IC 的输出端接受IC 的输
出信号，以判断该IC 芯片是否合格。
HANDLER 到底是什么？
答：HANDLER 即是机械手，它把所要测试的IC 芯片从托盘里移至测试平台
上。在测试结束后，它通过接受信号，把合格与不合格的IC 芯片移至相应
的平台 。HANDLER 还能根据测试要求对IC 芯片进行加热和冷却。
小知识
TRAY （托盘）是什么？
答：通常在使用HANDLER 把芯片放在一个TRAY 中，对于各种不同形状的
IC，我们相对有不同的TRAY。在测试台，HANGLER 根据P/F 把IC 放在两个
不同的TRAY 中。
小知识