半导体领域知识 - 初级入门

(88) 2024-04-13 20:01:01

半导体领域知识 - 初级入门

知识问答

1. 一个晶圆上根据芯片的大小,可以生产几百、几千、几万个芯片。如下图:

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2. 8寸晶圆指的是什么?5nm工艺指的是什么?

8寸晶圆指的是直径为175mm(17.5cm)的晶圆,下面是6/812/18寸晶圆的尺寸以及相关发展历程。目前拥有12寸线的厂商只有5家,一个12寸晶圆厂的成本需要上百亿美金。

5nm工艺指的是在一个具体的芯片上,有很多微型结构(千万、亿级别的晶体管),这些核心基本单元MOS管的栅极宽度尺寸来衡量工艺的精细程度,如果是5nm就被称为5nm工艺。

8寸的晶圆和12寸的晶圆同时用来生产同一工艺规格的芯片,出产处理器个数12英寸的会是8英寸晶圆的2.385倍,晶圆越大,衬底成本就越低,但是工艺要求更加难。

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3. 半导体产业链包括哪些过程?

包括4个过程:

1、IC设计:指的是集成电路设计。手机、电脑、智能设备运行逻辑都要在这个时候定好;

2、晶圆制造:因为集成电路需要做到一个晶片上,晶片是从砂石里层层提炼出来的东西,中间有拉晶、切割的工艺,要用到熔炼炉、CVD设备、单晶炉和切片机这几样设备。

3、晶圆加工:就是在上一步做好的晶圆基础上,把集成电路做到上面去主要包含镀膜、光刻、刻蚀、离子注入这些工艺。这也需要多项设备来实现。

4、封测:就是封装+测试。目的是把上面做好的集成电路放到保护壳中,防止损坏、腐蚀。要用到切割减薄设备、引线机、键合机、分选测试机等设备。

最后,芯片就成品了。

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4. 半导体行业运作模式

IDM(Integrated Device Manufacture)模式:集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身 。 三星、德州仪器(TI)。

Fabless(无晶圆工厂供应商)模式:只负责芯片的电路设计与销售;将生产、测试、封装等环节外包。 海思、联发科(MTK)、博通(Broadcom)。

Foundry(代工厂)模式:只负责制造、加工、封装和测试的其中一个环节;不负责芯片设计;可以同时为多家设计公司提供服务。台积电、中芯国际(SMIC)、联华电子(UMC)、Global Foundry(格罗方德半导体)。

OSAT(半导体封装测试服务)模式:主要负责封装测试,日月光、矽品、安靠、长电科技等。

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5. 芯片加工过程

依产品种类不同,产品所需的加工道次约 400 至 600 道,加工时间 2-3 个月,可分为晶圆、芯片、封测三大部分,下面一一介绍

  • 沙子->高纯度硅片->切割成晶圆(wafer)
  • 晶圆(wafer)-> 光刻、刻蚀、抛光、薄膜、注入-> 晶体管结构(基础器件) -> 光刻、刻蚀、抛光、薄膜、-> 金属层连线(类似导线) -> 加工后的晶圆(wafer)
  • 加工后的晶圆(wafer)-> 封装、测试-> 产品晶圆(wafer)

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加工过程其实是先在晶圆表面制造基础元器件(晶体管),然后再将这些基础晶体管用导线连接起来,形成各种用途的电路。

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参考:

最强科普 | 如何进行半导体芯片制造,及芯片产业链剖析

半导体制造工艺科普|半导体行业观察

图解intel芯片生产全过程

芯片是怎么制造的?看完这篇你就懂了!

芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的?

芯片制造的过程

中芯国际芯片工艺流程

【中英字幕】芯片制造介绍和光刻技术——英飞凌Infineon

【光刻机】带你了解光刻机以及芯片生产制造过程

【回形针PaperClip】如何在纳米尺度雕刻芯片?

如何制造CPU _微芯片(动画)

显微镜下的集成电路

半导体制造工艺 后段

6. 晶圆厂的布局

晶圆厂布局大都按照区域进行划分,如扩散区(DIFF)、光刻(Photo)、刻蚀(ETCH 干法、湿法)、离子注入、薄膜生长(TF)、抛光区(CMP),不同公司可能稍有区别。

7. 半导体工业系统软件

EAP设备自动化系统

DMS/YMS良率管理系统MES制造执行系统(Manufacturing Execution System)

APC先进过程控制(Advanced Process Control,APC)

SPC统计过程控制

TCAD 半导体工艺和器件仿真软件(Technology Computer Aided Design)

DOE试验设计

CAE 半导体设备与制造工艺仿真

FDC缺陷检测与分类系统(FDC)

参考:

半导体工业软件(零):缘起

8. 前端工艺与后端工艺的区分

一般以金属层作为划分,晶圆加工过程中:

前段工艺(FEOL the front end of line):晶体管的构建

后段工艺(BEOL the back end of line):金属层连接

也有如下划分的:

FEOL:前段,主要包含浅槽隔离模组,阱形成模组,器件模组

MEOL:中段,一般指接触孔模组

BEOL:后段,主要包含金属互连线模组

也有对制程进行划分的:

前段制程 :晶圆制造加工

后段制程: 封装测试

参考:

55/65nm 半导体制造工艺 后段

9. 半导体领域常见的名词

flow:流程

lot:批次 一批次一般有25片晶圆(wafer)

WAT wafer acceptance test 晶片验收测试

CP Chip Probing,晶圆测试

FT 最终测试

PE:主要负责产品制造工艺的设计和贯彻、NPI/OI制作、Standard Time 的制订、生产流程的改善等

PIE:Process Integration Engineer。工艺整合工程师 负责提升工艺技术、提升产品质量,整合诸多个部门资源等。

PIE与PE的最大区别在于,PIE最关心的是自己的产品的WAT电性能参数的CPK稳定性,PE最关心的是自己管的制程中各种参数的CPK稳定性,所以PIE的强项在于电性能参数和全套制程流程的结合。

WAT(PCM)电性能参数,包括Ion(离子), Vt(阈值电压), Ioff(截止电流), Break down voltage(击穿电压), Rs(薄层电阻), Rc(接触电阻)等等

CMOS:互补式金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor),也就是将 NMOS 和 PMOS 两者做结合,形成 CMOS

MOSFET:金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)

via:导孔

Trench :沟槽

质量管理五大工具

1.统计过程控制(SPC,Statistical Process Control);

2.测量系统分析(MSA,Measurement System Analyse);

3.失效模式和效果分析(FMEA,Failure Mode & Effect Analyse);

4.产品质量先期策划(APQP,Advanced Product Quality Planning);

5.生产件批准程序(PPAP,Production Part Approval Process)。

参考:

IE、PE、PIE这三个职称的区别有哪些?

质量管理五大工具

10. 场效应晶体管结构发展历程

平面型FET -> FinFET -> 栅极环绕(GAA)

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还有一种FD-SOI 结构 与 FinFET是目前的主流

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11. 综合行业报告分析

  1. 半导体全面分析(一):两大特性,三大政策,四大分类!
  2. 半导体全面分析(二):设计两大巨头、EDA三分天下、四大指令集!
  3. 半导体全面分析(三):制造三大工艺,硅片五大巨头!
  4. 半导体全面分析(四):晶圆四大工艺,落后两代四年!
  5. 半导体全面分析(五):先进封装,验证检测,并道超车!
  6. 半导体全面分析(六):千亿市场、三大设备、四大巨头!
  7. 半导体全面分析(七):千亿市场,三代四大材料,国内三大梯队!
  8. 半导体全面分析(八):产业转移,紫光海思,投资时钟!
  9. 西南-半导体行业投资框架分析和调研报告

12. 芯片的直观感受

显微镜下的集成电路

  1. 晶圆级别

一个晶圆上大约有几百、几千芯片(一个小方格是一个芯片)

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  1. 芯片级别

一个芯片上有上亿个晶体管(目前发展百亿级别)

A4芯片(35nm工艺)含3000多万晶体管

A8处理器(20nm工艺)含30亿晶体管

A13芯片(7nm工艺)含有85亿

麒麟990芯片5G版芯片已经含有103亿晶体管

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  1. 芯片内的晶体管(从芯片到晶体管)

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  1. 晶体管级别

一个晶体管的制作过程

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1个晶体管与6个晶体管(多个晶体管互联构成电路)

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THE END

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