BD半岛·体育2000年入行,总觉得自己对“电镜”的认知再正常不过了,直到接触了半导体行业和芯片的量测,才知道在这个电镜的细分领域,早已是独立王国,“自成一体”了。
2000年入行,总觉得自己对“电镜”的认知再正常不过了,直到接触了半导体行业和芯片的量测,才知道在这个电镜的细分领域,早已是独立王国,“自成一体”了,这个“王国”的特征就是有了自己的“行话语言”;对于不太熟悉这些行话的半导体小白,一开始就跟听“黑话”没什么两样。
从“正常“电镜人的讲话入手,带点粒子束显微仪器Charged Particle Microscopy和设备中的以电子束ebeam做光源的,可以做显微成像和显微分析,叫Microimaging & Microanalysis;这要是到了半导体的Fab就要讲“黑话”了:在线检测关键线宽Critical Dimension的电镜要叫“Metrology”,对应的专用设备叫“CD-SEM”;离线检测wafer缺陷的Defect要叫“Inspection”,对应的专用设备叫”EBI“;最后还要专门做最后的缺陷复检叫“Review”,对应的专用设备叫”Review-SEM“或”EBR“。
这里提到的“Fab”里的是Fabrication的缩写,正常讲是加工或制造的意思,和Manufacture一样;到了半导体的Fab就特指“晶圆制造厂”了,就是制造集成电路IC Integrated Circuit的厂子,其中制程,又叫技术节点、或工艺节点Technology Node高的俗称就叫芯片了;所以我们经常听到的芯片,就是一种高制程的集成电路了;Fab就是这个制造流程的前道工序发生的地方,属于“Foundry”,就是我们常说的芯片代工厂了,也就是接受了客户委托,生产客户自有权利的芯片产品的厂子了;具体点说,就是客户提供光罩Mask,又叫光掩模,母版,交由Foundry来生产制造;造好了的wafer就叫Chip,再拿去切割Dicing、封装Packaging、和测试Testing,最后出来的最小销售单位就是芯片了;拥有芯片自主产权的公司Fabless,将成品出售给客户,并向Foundry支付代工费用;这种纯粹代工,不涉及销售的方式在国际间较通常的称呼就叫硅代工Silicon Foundry;而在另一端,只做设计和销售的公司不做Fab,所以叫Fabless,拥有芯片的IP Intellectual Property;或者你财大气粗,从芯片设计到制造、封装,直到最后销售,什么都包圆的半岛,就叫IDM Integrated Device Manufacture了;简单可以理解为:Fabless+ Foundry=IDM。
我们知道,晶圆和wafer是一码事,尚未被“刻”的原材料wafer黑话又叫“大硅片“;做半导体材料的各个分支里,把沙子变成硅单晶棒的工序,黑话叫”拉棒“,再磨外圆、切片、倒角、打磨、进扩散炉,做成12”,或8英寸或6 Inches的wafer,送进Foundry里的Fab厂;Foundry里有精密的各类前道加工设备,加上细心的作业,最后出来的Chip才能达到艺术品一样的品质;Fab在Foundry内部也叫晶圆区,如进去Fab之前须穿上防尘衣,等等;拜登一行在520刚穿着西装参观了三星的Fab半岛,让人大跌眼镜;行家的解读是至少三个意思:一是给LAM和KLA打了广告;二是AMAT总是妄想和TEL合并之后迁都荷兰,这次特意让AMAT一面都不漏,给它提个醒,敲打一下;三是在最先进的存储产线居然不穿净化服,肯定人走了之后要花时间重新除尘,如果不是摆拍,三星产能肯定受到影响,正好借机宣布下一轮涨价;
一趟政治意味浓重的参观又带出了一堆“黑话”,这次的都跟半导体设备厂家有关:AMAT就是Applied Material,又叫应用材料;LAM是“Lam Research”,又叫泛林半导体;KLA就是“KLA-Tencor”,又叫科磊;TEL就是“Tokyo Electron Limited”,又叫东京电子。
作为半路出家的半导体人,好不容易把上面这些“黑话”掰扯清楚了,哪知道拔出萝卜带出泥,一条“黑话”需要更多的来支撑,所以新的又来了一大堆;
在上面提到的Fabless设计领域,有个充满“痞气”的黑话叫“流片”,又叫 TapeOut;实际指的就是芯片的“试生产”;就是说设计完集成电路以后,先生产几片几十片,只供测试用;如果测试通过,就照着这个样子开始大规模生产了;上面提到的Mask,可以叫光刻掩模版;如果把光刻芯片工序看作“印钞”,Mask就是印刷的模板,这个“母版”就是半导体制程中的“印钞”模具;制造一颗芯片要用到的Mask绝对不止一张,现在的高级制程很容易就超过20张的;简单理解就是基本每加一层堆栈就上了个光罩,20层堆栈Multi-Patterning的芯片很可能需要20张Mask,每一层刻蚀完成就换上一张Mask;值得一提的是,在换下一张的Mask曝光之前,就是芯片多层堆栈结构量测的节点;前面提过,量测的对象是关键线宽,又叫关键尺寸,这里最关键的尺寸是LG Length of Gate,也就是要必须用到CD-SEM的节点了;场效应晶体管FET Field Effect Transistor制程中率先需要被安排在最底层的的三极结构中,通过掺杂Doping,使源极Source电性与底材P-Si相反的,就是漏极Drain,“黑话”也叫汲极;源漏之间的栅极Gate,充当开关的作用,所以又叫闸极;Gate不能太宽,更怕太窄,是关键尺寸量测的大头。
芯片的良率,又叫Yield,的好坏取决于关键线宽的准确度;慢着,“Yield”不是我们“正常人”熟悉的术语“产额”吗?比如大家耳熟能详的二次电子SE和背散射电子BSE的产额……;所以这里需要吐槽的是,半导体的“黑话”是可以粗暴“跨界”的。上面提到的更换Mask之间的CDSEM线上检测,半导体“黑话”叫AEI蚀刻后检查,即After Etching Inspection;这个工序发生在刻蚀制程中光阻PR去除前和去除后之间,分别对产品实施主检或抽样检查;目的有四:一是提高产品良率Yield,避免不良品外流;二是达到品质的一致性和制程的重复性;三是显示制程能力的指标;四是防止异常扩大,节省成本。通常AEI检查出来的不良品,非必要时很少做修改;因为除去氧化层或重长氧化层可能造成组件特性改变可靠性变差、缺点密度增加、生产成本增高,反而事与愿违,导致整体良率降低。
再回来接着聊“流片”Tape out这个词,虽是“黑话”,但也不是能随便用的,往往在实验性生产和验证性生产中才用“流片”这个词;一般来说Tape out的模式有2大类:一类是多家拼一起的MPWMulti-Project Wafer,另一种是专用的全晶圆流片;前者因为成本低,一般实验流片用;后者成本高,一般用于批量生产。关于MPW半岛,可以参考上海集成电路促进中心(ICC)的相关业务介绍:2010年1月21日,上海集成电路技术与产业促进中心就推出了这个“多项目晶圆”,也就是MPW服务了;可不要小看这个服务,MPW可以使流片费用降低九成以上;对广大的中小型Fabless初创企业是一大福音半岛。这里顺便提一句,自从“川建国”同志到任之后半岛,国内的Fabless公司一再蹿升,已经有了近万家了。
下节我们接着聊些有趣的半导体“黑话”,我们会更加深入芯片制造的世界......
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