半導(dǎo)體后端工藝：了解半導(dǎo)體測(cè)試（上）

半導(dǎo)體制作工藝可分為前端和后端：前端主要是晶圓制作和光刻（在晶圓上繪制電路）；后端主要是芯片的封裝。隨著前端工藝微細(xì)化技術(shù)逐漸達(dá)到極限，后端工藝的重要性愈發(fā)突顯。作為可以創(chuàng)造新附加價(jià)值的核心突破點(diǎn)，其技術(shù)正備受矚目。

半導(dǎo)體后端工藝

制作半導(dǎo)體產(chǎn)品的第一步，就是根據(jù)所需功能設(shè)計(jì)芯片（Chip）。然后，再將芯片制作成晶圓（Wafer）。由于晶圓由芯片反復(fù)排列而成，當(dāng)我們細(xì)看已完成的晶圓時(shí)，可以看到上面有很多小格子狀的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)小格子就相當(dāng)于一個(gè)芯片。芯片體積越大，每個(gè)晶圓可產(chǎn)出的芯片數(shù)量就越少，反之亦然。

半導(dǎo)體設(shè)計(jì)不屬于制程工序，半導(dǎo)體產(chǎn)品的制程工序大體可分為晶圓制作、封裝和測(cè)試。其中，晶圓制作屬于前端（Front End）工藝；封裝和測(cè)試屬于后端（Back End）工藝。晶圓的制作工藝中也會(huì)細(xì)分前端和后端，通常是CMOS制程工序?qū)儆谇岸耍浜蟮慕饘俨季€工序?qū)儆诤蠖恕?/p>

▲ 圖1：半導(dǎo)體制作流程與半導(dǎo)體行業(yè)劃分（?HANOL出版社/photograph.SENSATA)

圖1展示了半導(dǎo)體制程工藝及其行業(yè)的劃分。只從事半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式被稱作芯片設(shè)計(jì)公司（Fabless），該模式的典型代表有高通（Qualcomm）、蘋果（Apple）等。負(fù)責(zé)晶圓制作的制造商被稱為晶圓代工廠（Foundry），他們根據(jù)Fabless公司的設(shè)計(jì)制作晶圓，其中最典型的代表要臺(tái)積電（TSMC）了，DB HiTek、Magnachip等韓企也采用這一模式。經(jīng)Fabless設(shè)計(jì)和Foundry制造的晶圓還需經(jīng)過封裝和測(cè)試，專門負(fù)責(zé)這兩道工藝的企業(yè)就是外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試（OSAT，Outsourced?Assembly?and?Testing），其典型代表有ASE、JCET、星科金朋（Stats Chippac）、安靠（Amkor）等。此外，還有像SK海力士這樣集半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試等多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身的集成設(shè)備制造商（IDM，Integrated Device Manufacturer）。

如圖1所示，封裝和測(cè)試工藝的第一步就是晶圓測(cè)試。封裝后，再對(duì)封裝進(jìn)行測(cè)試。

半導(dǎo)體測(cè)試的主要目的之一就是防止不良產(chǎn)品出廠。一旦向客戶提供不良產(chǎn)品，客戶對(duì)我們的信任就會(huì)大打折扣，進(jìn)而導(dǎo)致公司銷售業(yè)績(jī)的下降，還會(huì)引發(fā)賠償?shù)荣Y金上的損失。因此，我們必須在產(chǎn)品出廠前對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的全面檢測(cè)。半導(dǎo)體測(cè)試須根據(jù)產(chǎn)品的各種特性，對(duì)其各參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以確保產(chǎn)品的品質(zhì)和可靠度。當(dāng)然，這需要時(shí)間、設(shè)備和勞動(dòng)力上的投入，產(chǎn)品的制造成本也會(huì)隨之增加。因此，眾多測(cè)試工程師正致力于減少測(cè)試時(shí)間和測(cè)試參數(shù)。

測(cè)試的種類

▲ 表1: 測(cè)試分類（? HANOL出版社）

測(cè)試工藝可依據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象，分為晶圓測(cè)試和封裝測(cè)試；也可根據(jù)不同的測(cè)試參數(shù)，分為溫度、速度和運(yùn)作模式測(cè)試等三種類型（見表1）。

溫度測(cè)試以施加在試驗(yàn)樣品上的溫度為標(biāo)準(zhǔn)：在高溫測(cè)試中，對(duì)產(chǎn)品施加的溫度比產(chǎn)品規(guī)格1 所示溫度范圍的上限高出10%；在低溫測(cè)試中，施加溫度比規(guī)格下限低10%；而恒溫測(cè)試的施加溫度一般為25℃。在實(shí)際使用中，半導(dǎo)體產(chǎn)品要在各種不同的環(huán)境中運(yùn)作，因此必須測(cè)試產(chǎn)品在不同溫度下的運(yùn)作情況以及其溫度裕度（Temperature Margin）。以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器為例，高溫測(cè)試范圍通常為85~90℃，低溫測(cè)試范圍為-5~-40℃。

1?規(guī)格（Spec）: specification的縮寫，指產(chǎn)品配置，即制造產(chǎn)品時(shí)在設(shè)計(jì)、制作方法上或?qū)λ杼匦缘母鞣N規(guī)定。 速度測(cè)試又分為核心（Core）測(cè)試和速率測(cè)試。核心測(cè)試主要測(cè)試試驗(yàn)樣品的核心運(yùn)作，即是否能順利實(shí)現(xiàn)原計(jì)劃的目標(biāo)功能。以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器為例，由于其主要功能是信息的存儲(chǔ)，測(cè)試的重點(diǎn)便是有關(guān)信息存儲(chǔ)單元的各項(xiàng)參數(shù)。速率測(cè)試則是測(cè)量樣品的運(yùn)作速率，驗(yàn)證產(chǎn)品是否能按照目標(biāo)速度運(yùn)作。隨著對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品需求的增加，速率測(cè)試目前正變得越來越重要。 運(yùn)作模式測(cè)試細(xì)分為直流測(cè)試（DC Test）、交流測(cè)試（AC?Test）和功能測(cè)試（Function?Test）：直流測(cè)試驗(yàn)證直流電流和電壓參數(shù)；交流測(cè)試（AC Test）驗(yàn)證交流電流的規(guī)格，包括產(chǎn)品的輸入和輸出轉(zhuǎn)換時(shí)間等運(yùn)作特性；功能測(cè)試則驗(yàn)證其邏輯功能是否正確運(yùn)作。以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器為例，功能測(cè)試就是指測(cè)試存儲(chǔ)單元（Memory cell）與存儲(chǔ)器周圍電路邏輯功能是否能正常運(yùn)作。 下期我們繼續(xù)來講晶圓測(cè)試和封裝測(cè)試。

審核編輯：劉清