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IC生产流程与测试系统

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Chapter 2IC生产流程与测试系统
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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(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ADVANTEST
前道生产流程: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抛光剂Wafer气体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.抛光WAFERWAFER的表面被抛光成镜面.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.滴上光刻胶电极真空泵反应气体抛光板研磨剂光学掩模板镜片移位重复到,在WAFER 上形成所需的各类器件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.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.蚀刻使用蚀刻来移除相应的氧化层.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.磨平(CMP)将WAFER表面磨平.正极负极进气出气芯片探针卡信号使用ADVANTEST的T6573测试系统形成电极把铝注入WAFER表面的相应位置,形成电极.WAFER测试对WAFER进行测试,把不合格的芯片标记出来.
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后道生产流程:(对WAFER测试合格的芯片进行下面的处理)ΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕFrame连线芯片Frame树脂切割WAFER把芯片从WAFER上切割下来.固定芯片把芯片安置在特定的FRAME上切割机切割Lead Frame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.封装用陶瓷或树脂对芯片进行封装.
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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.激光测试 board老化板引脚修正和定型(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.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标记在芯片上用激光打上产品名.完整的封装
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.
8 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 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.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.
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PF把IC放在两个不同的TRAY中.

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