保障与提升集成电路制造质量的关键环节——检测测试

2023-05-08 作者: 晴天

 

4月19日,第25届中国集成电路制造年会暨供应链创新发展大会在广州举办,期间集成电路检测与测试创新论坛作为专题论坛关注集成电路质量的提升,

 

检测与测试环节作为集成电路制造的监察官,能够实时地观察到生产制造中的缺陷与流程不完善之处,能够极大提升晶圆良率,在集成电路制造的上千道工序里发挥重要作用。因此检测测试环节是集成电路质量保障与提升的关键,本次论坛邀请到光华微电子、华峰测控、中国电子科技集团公司第五十八研究所、御渡半导体、加速科技、微崇半导体等厂商参与。

 

 

长春光华微电子设备工程中心有限公司总经理郑立功带来演讲《全自动晶圆探针台研发》,作为设备厂商先从探针台的样机开始研发,打造主要功能部件,并且做质量和供应链的建设,长春光华在国产晶圆探针台方面做了许多工作。

 

 

北京华峰测控技术股份有限公司市场总监刘惠鹏分享的题目是《从功率分立器件到功能模块的测试挑战和解决方案》,华峰测控在模拟、电源管理、功率模块测试领域积累了大量经验,他介绍了光伏逆变器、碳化硅功率器件、IGBT等具体器件的测试。经过这30年ATE的研发,目前华峰测控拥有两个平台,一是8200平台,二是8300平台,主要面对的测试领域是从模拟类到电源管理类,到分立器件尤其现在比较火的第三代宽禁带半导体,然后包括到各种模组的一些测试,从晶圆级到封装到模组测试。

 

 

中国电子科技集团公司第五十八研究所高级技术专家王梦雅演讲的题目是《基于芯粒集成技术的微系统可靠性设计》。

 

Chiplet,其实是将复杂功能进行分解,然后开发出具有单一功能,可进行模块化组装的微型芯片,来建立微型芯片物理库。按照一个拼图的方式,将上述的多种微型芯片混合集成到一个插入器上,也就是常说的硅砖接板来实现一些功能。而国内的权威许院士对芯粒的定义是商品化的,具有特定IP的未经封装的裸芯片,像搭积木一样,通过先进的集成技术封装在一起,主要是硬IP的复用。

 

通过上述先进的定义,芯粒的发展主要依托于两个关键技术,一是先进的封装技术,达成芯粒之间的物理互联。能够利用比如说普通制程、常规制程、低功率制程的IC工艺,利用前道和后道融合下的中道工艺来实现一个性能的提升,其实设计更加灵活,成本更低和周期更短。

 

另一个是接口的标准技术,它来实现芯粒之间的电器互联。Intel在2022年联合AMD等等数十家厂商发布了一个UcIe开放的工业标准,为不同来源的Chiplet提供一个高带宽、低延迟、低功耗、低成本的封装互联。

 

基于芯粒集成系统的微系统可靠性也是现在很难的设计难点。从设计、工艺、检测等方面来分析微系统的可靠性。

 

设计方面,需要进行电、热、力等多物理场景的仿真测试,信号完整性、电源完整性等的测试。

 

工艺方面,主要有圆片重构、晶圆级再布线、晶圆级凸点制备,以及三维堆叠等等,主要集中在TSV、chip to wafer、RDL,以及bump等等这几项关键技术。

 

检测方面,现有的IEEE1838的标准主要解决芯粒三维堆叠互操作性和可测性,要针对微系统的特殊性,以现在集成电路测试平台为基础,要大赞一个基于芯粒、微组件、微系统的多层级测试平台,并形成相应的测试方法和测试规范来保障微系统全方面可靠性的问题。

 

58所具有一个集成电路领域全产业链的平台,有7纳米的设计平台、65纳米掩模平台、国家陶瓷封装中心、微系统中道线等等,并且在微系统领域已经有丰富的经验,先后建立了8寸、12寸的中道线,并且发布了晶圆级扇出封装的PDK,是我国国内集成能力最全、产业链覆盖最广的一个科研市场单位之一,并且还拥有一个检测可靠性的服务平台,包括3D X射线检测、扫描声学显微检测等等。

 

 

上海御渡半导体科技有限公司副总经理吴凯带来演讲,《携手共建国产半导体测试设备产业生态》,作为测试设备厂商,御渡半导体的测试机台在存储半导体方面表现优秀,目标将适配GPU、CPU等高级芯片。他认为目前行业的生态发展不够完善,国产产品接受度不高,供应链不完善,公司内部、外部平台、合作伙伴三方应当构建良好的生态,还要打造客户的生态。协同、联合、创新这是目前来讲整个行业的大趋势。一是对接客户的需求,二是装备的协同发展,在很多大厂里面,大家分头去做测试、验证,对于客户来讲,这其实对他们来讲造成很多不便,比如说目前御渡半导体,会做一个联合的研发、做整体的解决方案,到客户那边验证是方案验证,不是单个产品验证。三是联合技术,联合做一些上下游的技术标准的开发,还有是技术的研发、接口定义等等,这些方面要做联合的研发。

 

 

中国电子技术标准化研究院高级工程师胡海涛博士分享的题目是《壮大集成电路检测行业有效助推全产业链高质量发展》,他带来三部分的介绍,一是高性能处理器参数测试方案,二是接口测试方案,三是性能测试方案。高速接口测试,测试高速接口主要是它控制器、功能和物理层电气是否符合标准要求,主要覆盖的类型是DDR、PCI-E、USB、SATA、MAC等这种高速信号。

 

 

杭州加速科技有限公司创始人兼董事长邬刚,他带来的题目是《国产自研数模测试机的实践分享》他首先介绍了ATE设备的发展,封测一直作为行业里较为优势的部分,但先进封装对封测提出了更高的要求。

 

他介绍道,公司本身是做通信设备、高性能计算出身,把通信、高性能计算的一些技术嫁接到仪器仪表行业来做的数字测试机。主要的地方涉及到三方面,因为数字芯片的测试和模拟芯片测试不太一样,数字芯片最核心的地方是功能测试,功能测试实际上最主要是牵涉到了两个东西,一是高性能的数字信号处理技术,因为我们要做功能的测试,实际上很多算法要在硬件上实现满足纳秒级的响应。二是因为数字芯片有地址线和数据线这样接口的要求,所以它不像纯模拟的测试,是两个脚之间的关系,可能有32位的数据线、地址线,分布在不同的板卡上面,板卡和板卡之间需要非常高速的通信技术。三是数字芯片的测试也必须要测模拟的指标,比如说AC和DC,对模拟的精度要求越来越高,比如说现在AI芯片对电流、电压的大小、精度,包括BMS的芯片对精度的要求,从原来的万分之五可能提升到万分之一甚至万分之零点一,有更高的要求。

 

我们基于高性能计算、高速通信技术的积累,用了三年时间做了第一台完全自研的250兆的测试机。现在整个数字的Pattern技术已经可以做到1.6G的水平,最新的已经2.5G高速接口的测试也完成研发。

 

 

上海微崇半导体设备有限公司研发副总裁赵威威分享的题目是《创新型检测设备助力半导体生产制造》。

 

国产厂商对我们来说不太友好的一点,依靠的零部件很多还是依靠进口,像关键性的零部件有些被下禁令,还有没下禁令,交付周期慢慢延长,据统计,从美国、日本、德国关键的零部件交期已经从平均2-3个月,现在延长到6个月以上,这种延长大大地限制了国内半导体厂商的扩展规模,也会拖慢本土设备的交付周期。

 

总结来讲,我们的技术是恰好封测的中间缺失的一块,在实际的晶圆生产制造中,所用到的各类的检测设备主要是针对各种工艺,二次谐波应用领域可能除了光刻之外,剩下都有涉猎。比如说像薄膜,刚才讲过的外缘层就是一类,除了外缘层、渲染层、SOI的层,以及像目前使用28纳米、 High-K等等这种都是可以检测的。另外对于diffusion部门来讲,当然目前来讲,diffusion部门可能先进工艺用的离子注入比较多,其实扩散退一步来讲,都是diffusion部门的一个非常重要的手段,我们对这三个都是有一个比较好的监控的结果。

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