详细分析半导体芯片内部结构
在我们阐明半导体芯片之前，我们先应该了解两点。其一半导体是什么，其二芯片是什么。
半导体
半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于绝缘体（insulator）与导体（conductor）之间的材料。人们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体才得到工业界的重视。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅则是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
芯片
芯片(chip)，又称微芯片（microchip）、集成电路（integrated circuit, IC）。是指内含集成电路的硅片，体积很小。一般而言，芯片（IC）泛指所有的半导体元器件，是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。广泛应用于军工、民用等几乎所有的电子设备。讲到这里你大概对于半导体和芯片有个简单了解了，接下来我们来聊聊半导体芯片。
半导体芯片是什么？
一般情况下，半导体、集成电路、芯片这三个东东是可以划等号的，因为讲的其实是同一个事情。
半导体是一种材料，分为表格中四类，由于集成电路的占比非常高，超过80%，行业习惯把半导体行业称为集成电路行业。
而芯片就是集成电路的载体，广义上我们就将芯片等同于了集成电路。
所以对于小白来说，只需要记住，当芯片、集成电路、半导体出现的时候，别慌，是同一码事儿。
半导体芯片内部结构
（二零一二年十二月） 2020-2025年中国汽车半导体芯片行业可持续发展战略制定与实施研究报告 可落地执行的实战解决方案 让每个人都能成为 战略专家 管理专家 行业专家 ……
报告目录 第一章企业可持续发展战略概述 (9) 第一节汽车半导体芯片行业可持续发展战略研究报告简介 (9) 第二节企业可持续发展战略的重要性及意义 (10) 一、是决定企业经营活动成败的关键性因素 (10) 二、是实现企业快速、健康、持续发展的需要 (11) 三、是企业目标得以实现的重要保证 (11) 四、是企业长久地高效发展的重要基础 (11) 五、是企业及其所有企业员工的行动纲领 (11) 六、是企业扩展市场、高效持续发展的有效途径 (12) 七、是执行层行动的指南 (12) 第三节制定实施企业可持续发展战略的作用 (12) 一、有助于企业准确判断外在危机和机遇 (12) 二、有助于明确企业核心竞争力 (13) 三、有利于提升企业的持久竞争力 (13) 四、有助于企业找准市场定位 (13) 五、有助于企业内部控制、管理与执行 (13) 六、有助于优化资源，实现资源价值最大化 (14) 七、有助于增强企业的凝聚力和向心力 (14) 八、有助于优化整合企业人力资源，提高企业效率 (14) 第四节企业可持续发展战略的特性 (15) 一、全局性 (15) 二、纲领性 (15) 三、长远性 (15) 四、导向性 (15) 五、保证性 (15) 六、超前性 (16) 七、竞争性 (16) 八、稳定性 (16) 九、风险性 (16) 第二章市场调研：2018-2019年中国汽车半导体芯片行业市场深度调研 (17) 第一节汽车半导体芯片概述 (17) 第二节汽车半导体发展概况 (17) 一、汽车半导体的定义及前景 (17) 二、汽车半导体的市场竞争特点 (18) 三、汽车半导体的企业特征 (18) 四、受环保驱动的新能源汽车市场是刚需 (19) 第三节全球汽车半导体市场规模 (19) 一、全球汽车半导体市场规模 (19) 二、汽车半导体主要细分市场规模 (20) 第四节2019-2025年我国汽车半导体芯片行业发展前景及趋势预测 (23) 一、汽车半导体的历史性机遇 (23)
1清洗 集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由 于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水; 且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即米用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1-6所示。 图1-6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本米用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250C高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2 T SiO2
3、扩散 扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B2H6）作为N —源和磷烷（PH3）作为P+源。工艺生产过程中通常 分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH3 —2P+3H2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶 和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上 形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的方法就
半导体芯片行业全梳理（附股） 去年开始，半导体芯片行业得到了资金的认可，直到现 在，仍有很多上市公司被持续爆炒。在信息技术高速发展的今天，大数据是资源，堪比新经济的石油；5G 是道路，决定信息的传输速度；芯片是核心，是数据分析的大脑。不管 是工业互联网、人工智能、虚拟现实、影音娱乐、汽车数码， 新产业的发展都要围绕这三个行业进行，所以大数据、5G 和半导体芯片是工业4.0 的根基，是所有新兴行业的根本。 今天聊半导体！长期以来，我国集成电路产业都是逆差，严重依赖国外进口，每年进口芯片超2000 亿美元。2014 年9 月，千亿规模的国家集成电路产业基金（以下简称“大基金”） 成立，扮演着产业扶持与财务投资的双重角色。目前大基金已成为11 家A 股上市公司的股东，而且大基金还将参与多家公司的增发而获得股权。大基金代表国家集成电路产业的发展方向，其投资的上市公司值得投资者关注，下面梳理 大基金持股A 股公司情况。国科微：持股15.79% ，二股东；三安光电、兆易创新、通富微电、北斗星通：持股超10% ；长电科技：9.54% 晶方科技：9.32% 北方华创：7.5% 长川科技：7.5%纳斯达：4.29% 同时，大基金将参与长电科技、通 富微电、万盛股份、景嘉微、雅克科技、耐威科技的增发， 增发完成后，大基金持股情况如下：长电科技：19% 通富微
电：15.7% 万盛股份：7.41%雅克科技：5.73%此外大基金 还投资了华天科技的子公司，入股士兰微生产线，与巨化股关注，但半导体到底是怎样的一个行业，我们简单梳理一下。 份合作发展电子化学材料。大基金加持的A 股公司可以重点 半导体分为四类产品，分别是集成电路、光电子器件、分立器件和传感器。其中规模最大的是集成电路，市场规模达到 2,753 亿美元，占半导体市场的81% ，所以有时大家会把半导体行业跟集成电路混为一谈。从半导体产业链上下游来看：半导体产业链上中下游全梳理：上游：IC设计、半导体材料、半导体设备一、IC 设计重点关注：兆易创新：国内存储器及 MCU 芯片产业的龙头企业，主营业务存储芯片是国家战略支持的IC 细分方向。大基金战略入股，公司将成为国家存储器战略落地的产业平台之一。韦尔股份：模拟芯片龙头。 公司是国内鲜有的同时具备强大半导体设计和IC 分销实力的公司，业务模式独特。公司主营业务为半导体分立器件、电源管理IC 等半导体这些产品广泛应用于移动通信、车载电子、安防、网络通信、家用电器等领域。国科微：公司是国家高新技术企业和经工业和信息化部认定的集成电路设计企业，长期致力于大规模集成电路的设计、研发及销售。 在广播电视芯片市场，公司长期保持直播卫星市场的龙头地位，占有绝对的市场份额。弘信电子：高速成长的国内柔性印制电路板 （FPC ）龙头。公司当前主营FPC 研发、设计、
?从大的方面来讲，晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两大步骤，它又可细分为以下几道主要工序（其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）： 晶棒成长--> 晶棒裁切与检测--> 外径研磨--> 切片--> 圆边--> 表层研磨--> 蚀刻--> 去疵--> 抛光--> 清洗--> 检验--> 包装 1 晶棒成长工序：它又可细分为： 1）融化（Melt Down） 将块状的高纯度复晶硅置于石英坩锅内，加热到其熔点1420°C以上，使其完全融化。 2）颈部成长（Neck Growth） 待硅融浆的温度稳定之后，将〈1.0.0〉方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸（一般约6mm左右），维持此直径并拉长 100-200mm，以消除晶种内的晶粒排列取向差异。 3）晶冠成长（Crown Growth） 颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈部直径逐渐加大到所需尺寸（如 5、6、8、12吋等）。 4）晶体成长（Body Growth） 不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值。 5）尾部成长（Tail Growth） 1
当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。到此即得到一根完整的晶棒。 2 晶棒裁切与检测（Cutting & Inspection） 将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。 3 外径研磨（Su rf ace Grinding & Shaping） 由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。 4 切片（Wire Saw Sl ic ing） 由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用环状、其内径边缘镶嵌有钻石颗粒的薄片锯片将晶棒切割成一片片薄片。 5 圆边（Edge Profiling） 由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，硅单晶又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。 ? 6 研磨（Lapping） 研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。 7 蚀刻（Etching） 1
芯片失效分析的意义、主要步骤和内容 2011-8-7 19:13|发布者: https://www.doczj.com/doc/762771820.html,|查看: 151|评论: 0 摘要: 通过芯片失效分析，可以帮助集成电路设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。 芯片失效分析的意义、主要步骤和内容 一般来说，集成电路在研制、生产和使用过程中失效不可避免，随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，通过芯片失效分析，可以帮助集成电路设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。 失效分析的意义主要表现 具体来说，失效分析的意义主要表现在以下几个方面： 失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。 失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。 失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。 失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析主要步骤和内容 芯片开封：去除IC封胶，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备。
SEM 扫描电镜/EDX成分分析：包括材料结构分析/缺陷观察、元素组成常规微区分析、精确测量元器件尺寸等等。 探针测试：以微探针快捷方便地获取IC内部电信号。镭射切割：以微激光束切断线路或芯片上层特定区域。 EMMI侦测：EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具，提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式，可侦测和定位非常微弱的发光（可见光及近红外光），由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。 OBIRCH应用（镭射光束诱发阻抗值变化测试）：OBIRCH常用于芯片内部高阻抗及低阻抗分析，线路漏电路径分析。利用OBIRCH方法，可以有效地对电路中缺陷定位，如线条中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻区等，也能有效的检测短路或漏电,是发光显微技术的有力补充。 LG液晶热点侦测：利用液晶感测到IC漏电处分子排列重组，在显微镜下呈现出不同于其它区域的斑状影像，找寻在实际分析中困扰设计人员的漏电区域（超过10mA之故障点）。 定点/非定点芯片研磨：移除植于液晶驱动芯片 Pad上的金凸块，保持Pad完好无损，以利后续分析或rebonding。 X-Ray 无损侦测：检测IC封装中的各种缺陷如层剥离、爆裂、空洞以及打线的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如对齐不良或桥接，开路、短路或不正常连接的缺陷，封装中的锡球完整性。 SAM (SAT)超声波探伤可对IC封装内部结构进行非破坏性检测, 有效检出因水气或热能所造成的各种破坏如：o晶元面脱层，o锡球、晶元或填胶中的裂缝，o 封装材料内部的气孔，o各种孔洞如晶元接合面、锡球、填胶等处的孔洞。
半导体工业的发展概况(上) 1 半导体硅工业的发展 随着社会的发展，直到20世纪时，世人才发现硅具有半导体的性质。这些性质包括其电阻率随着温度的增加而递减、光电效应、热电效应、磁电效应、霍尔效应及其与金属接触的整流效应等。 继硅晶体管发明之后，虽然可利用乔赫拉斯基法来制备硅单晶体，但是由于直拉(CZ)法生长的硅单晶，因由于使用的石英坩埚会受到硅熔体的侵蚀而增加氧的沾污。为了获得高纯度的硅单晶体，1956年HenryTheurer发明了区熔法(FZ)[6]。区熔法因没有使用石英坩埚容器，故不存在氧污染的问题。之后，在1958年由于DashFI发明了一种五位错单晶生长法，才使得生长优质大直径硅单晶技术得到了不断发展。1958年，Kilby(基尔比)在美国德州仪器公司发明了集成电路[8]，奠定了信息时代到来的基础。第一代IC(集成电路)问世后，半导体工业迅速得到了发展，晶片上的电子元器件的密度和复杂性，也就从小规模集成电路(SSI)向中规模集成电路(MSB、大规模集成电路(LSB、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)不断地发展。集成电路的应用范围相当广泛，按不同的用途集成电路的分类见图1所示”。
以硅材料为主的半导体专用材料已是电子信息产业最重要的基础、功能材料，在国民经济和军事工业中占有很重要的地位。全世界的半导体器件中有95％以上是用硅材料制成，其中85％的集成电路也是由硅材料制成。 2 国外半导体工业发展动态 随着IC工艺、技术的不断发展，硅单晶的直径尺寸越做越大，40多年来，小于中200mm的硅单晶片已经进入商业生产应用的水平，中300mm 的硅单晶抛光片也已在特征尺寸线宽小于0．13μm的IC器件工艺中得到了广泛应用，并已进入了研制、生产的阶段，中400mm的硅单晶也进入了开发、研究的阶段。纳米电子技术必将成为今后研究和发展的方向。 2．1 硅集成电路发展现状 制备集成电路用的硅单晶直径研制发展历史见表1所示。
555定时电路内部结构分析及应用 1 绪言 555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。 2555定时器功能及结构分析 2.1 555定时器的分类及管脚作用 555定时器又称时基电路。555定时器按照内部元件分有双极型（又称TTL 型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型内部采用的则是场效应管，常见的555时基集成电路为塑料双列直插式封装（见图2-1），正面印有555字样，左下角为脚①，管脚号按逆时针方向排列。 2-1 555时基集成电路各管脚排布 555时基集成电路各管脚的作用：脚①是公共地端为负极；脚②为低触发端TR，低于1／3电源电压以下时即导通；脚③是输出端V，电流可达2000mA; 脚④是强制复位端MR，不用可与电源正极相连或悬空;脚⑤是用来调节比较器的基准电压，简称控制端VC，不用时可悬空，或通过0.01μF电容器接地;脚⑥为高触发端TH，也称阈值端，高于2/3电源电压发上时即截止;脚⑦是放电端DIS;脚⑧是电源正极VC。 2.2 555定时器的电路组成 图2-2为555芯片的内部等效电路 2-2 555定时器电路组成 5G555定时器内部电路如图所示，一般由分压器、比较器、触发器和开关。及输出等四部分组成，这里我们主要介绍RS触发器和电压比较器。 2.2.1基本RS触发器原理
如图2-3是由两个“与非”门构成的基本R-S触发器, RD、SD是两个输入端，Q及是两个输出端。 2-3 RS触发器 正常工作时，触发器的Q和应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态： 1）Q=1，=0。通常将Q端作为触发器的状态。若Q端处于高电平，就说触发器是1状态； 2）Q=0，=1。Q端处于低电平，就说触发器是0状态；Q端称为触发器的原端或1端，端称为触发器的非端或0端。 由图可看出，如果Q端的初始状态设为1，RD、SD端都作用于高电平（逻辑1），则一定为0。如果RD、SD状态不变，则Q及的状态也不会改变。这是一个稳定状态；同理，若触发器的初始状态Q为0而为1，在RD、SD为1的情况下这种状态也不会改变。这又是一个稳定状态。可见，它具有两个稳定状态。 输入与输出之间的逻辑关系可以用真值表来描述。 首先对该RS触发器Q端状态仿真。如图2-4 2-4 RS触发器Q端仿真电路图 Q端状态变化规律如图2-5 2-5 Q端状态变化规律仿真 此图中A即SD，B即RD.，再对该R—S触发器Q非端状态仿真，如图2-6 2-6 RS触发器Q非端仿真图 Q非端状态变化规律如图2-7 2-7 Q非端状态变化规律 此图中A即SD，B即RD. R-S触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述，由仿真可得以下结论。当RD =0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，一定为1,由于“与非”门的输入全是1，Q端应为0。称触发器为0状态，RD为置0端。当RD =1，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q 一定为1,从而使为0。称触发器为1状态，SD置1端。当RD =1，SD =1时，
半导体的生产工艺流程 微机电制作技术，尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术 (silicon-basedmicromachining)，原本就肇源于半导体组件的制程技术，所以必须先介绍清楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型 鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统 中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆 放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(airshower)的程序，将表面粉尘 先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人 员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。)当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de-ionizedwater)。 一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构之带电载子信道(carrierchannel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity)来定义好坏，一般要求至 17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与 UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使 用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔
中国功率半导体行业研究-行业概况、发展概况 1、半导体行业概况 （1）全球半导体行业发展概况 半导体是电子产品的核心，信息产业的基石。半导体行业具有下游应用广泛、生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高、风险大等特点，全球半导体行业具有一定的周期性，景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。 根据全球半导体贸易统计组织，全球半导体行业2018年市场规模达到4,688亿美元，较2017年增长约13.7%。过去五年，随着智能手机、平板电脑为代表的新兴消费电子市场的快速发展，以及汽车电子、工业控制、物联网等科技产业的兴起，强力带动了整个半导体行业规模迅速增长。
资料来源：全球半导体贸易统计组织 全球半导体贸易统计组织数据显示，2018年美国半导体行业市场规模约为1,030亿美元，占全球市场的21.97%；欧洲半导体行业市场规模约为430亿美元，约占全球市场的9.16%。亚太地区半导体行业近年来发展迅速，已成为全球最大的半导体市场。亚太地区（除日本外）市场规模达2,829亿美元，已占据全球市场60.34%的市场份额，中国大陆地区是近年来全球半导体市场增速最快的地区之一。 数据来源：全球半导体贸易统计组织 目前全球半导体产业呈现由头部厂商所主导的态势，2018年前十大半导体厂商销售收入占比达到了59.3%，前十大半导体厂商的销售额2018年较2017年平均增长率高达18.5%，市场份额较为集中，行业马太效应显著。
数据来源：Gartner （2）中国半导体行业发展概况 中国本土半导体行业起步较晚。但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下，中国半导体行业不断发展。步入21世纪以来，中国半导体产业市场规模得到快速增长。2018年，中国半导体产业市场规模达6,531亿元，比上年增长20.7%。2013-2018年中国半导体市场规模的复合增长率达21.09%，显著高于同期世界半导体市场的增速。
半导体制造工艺流程 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 後段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性，而不合格的的晶粒将会被标上记号（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 半导体制造工艺分类 半导体制造工艺分类 一双极型IC的基本制造工艺： A在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B在元器件间自然隔离 I2L（饱和型） 半导体制造工艺分类 二MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分类 A铝栅工艺 B硅栅工艺
芯片验证测试及失效分析1 檀彦卓韩银和李晓维 摘要本文对验证测试与失效分析技术进行了系统介绍，包括验证测试的一般流程、常用的分析方法以及基于验证测试的失效分析。通过分析集成电路设计和制造工艺的发展给测试带来的影响，简要介绍了验证测试面临的挑战以及未来关注的若干问题。 1 芯片的验证测试 在现代集成电路制造工艺中，芯片加工需要经历一系列化学、光学、冶金、热加工等工艺环节。每道工艺都可能引入各种各样的缺陷。与此同时由于特征尺寸的不断缩小，各类加工设施成本也急剧上升。例如有人估计90nm器件的一套掩模成本可能超过130万美元。因此器件缺陷造成的损失代价极为高昂。在这种条件下，通过验证测试，分析失效原因，减少器件缺陷就成为集成电路制造中不可少的环节。 验证测试（Verification Test , Design Debug）是实现“从设计到测试无缝连接”的关键。在0.18微米以下的制造工艺下，芯片验证测试变得更加至关重要。它的主要任务是验证设计和测试程序（Test Programs）的正确性，确定芯片是否符合所有的设计规范（[2], pp.21）。它通过合理的失效分析（Failure Analysis）不仅为探求设计的关键参数所决定的特性空间奠定基础，还为设计人员改进设计及时反馈有效的数据依据，并为优化整体测试流程、减小测试开销以及优化后期的生产测试（Production Test）开拓了便利途径。 对芯片最显著的改进不仅仅在设计流程中产生，而且在芯片调试和验证流程中反复进行。尤其是在高性能芯片研制过程中，随着芯片复杂度的提高，对验证测试的要求更加严格，与设计流程的交互更加频繁。因此，从某种意义上说，“设计”与“验证测试”是一个非常密切的“交互过程”。对于设计工程师而言，关于芯片功能和性能方面的综合数据是关键的信息。他们通常根据设计规范预先假设出关于芯片各项性能大致的参数范围，提交给验证测试人员，通过验证测试分析后，得出比较真实的性能参数范围或者特定值。设计工程师再根据这些值进行分析并调整设计，使芯片的性能参数达到符合设计规范的范围。往往这样的交互过程不只一次。通常一个健全的验证测试策略包含很多详细的信息。它一般以数据文件的形式（Data Sheet）为设计人员和测试人员在修复或者完善设计的交互过程中提供有效的数据依据，主要包括芯片的CMOS工艺等的特征描述、工作机理的描述、电气特征（DC参数，AC参数，上/拉电阻，电容，漏电，温度等测试条件，等等）、时序关系图、应用信息、特征数值、芯片电路图、布局图等等（[3],pp.24 ）。将芯片在验证测试流程中经过参数测试、功能性测试、结构性测试后得出的测试结果与上述数据信息比较，就会有针对性地反映芯片性能方面存在的种种问题。依据这些问题，设计工程师可以对设计做出相应的改进。 随着芯片速度与功能的不断提高，超大规模集成电路尤其是集成多核的芯片系统（System-On-a- Chip, SOC）的出现使得芯片迅速投入量产过程难度增加，由此验证测试变 1本文摘自中国科学院计算技术研究所内部刊物—信息技术快报 2004 年第 9 期
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人 盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人 A.晶圆封装测试工序 一、IC检测 1. 缺陷检查Defect Inspection 2. DR-SEM(Defect Review Scanning Electro n Microscopy) 用来检测出晶圆上是否有瑕疵，主要是微尘粒子、刮痕、残留物等问题。此外，对已印有电路图案的图案晶圆成品而言，则需要进行深次微米范围之瑕疵检测。一般来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来的光线，并将该影像交由高功能软件进行底层图案消除，以辨识并发现瑕疵。 3. CD-SEM(Critical Dime nsioi n Measureme nt) 对蚀刻后的图案作精确的尺寸检测。 二、IC封装 1. 构装(Packaging) IC构装依使用材料可分为陶瓷(ceramic )及塑胶(plastic )两种，而目前商业应用上则以塑胶构装为主。以塑胶构装中打线接合为例，其步骤依序为晶片切割( die saw)、黏晶(die mount / die bond)、焊线(wire bon d)、圭寸胶(mold )、剪切/ 成形(trim / form )、印字(mark )、电镀(plating )及检验(inspection )等。 (1) 晶片切割(die saw ) 晶片切割之目的为将前制程加工完成之晶圆上一颗颗之晶粒(die )切割分离。举例来说：以 0.2微米制程技术生产，每片八寸晶圆上可制作近六百颗以上的64M微量。 欲进行晶片切割，首先必须进行晶圆黏片，而后再送至晶片切割机上进行切割。切割完后之 晶粒井然有序排列于胶带上，而框架的支撐避免了胶带的皱褶与晶粒之相互碰撞。 (2) 黏晶(die mou nt / die bo nd ) 黏晶之目的乃将一颗颗之晶粒置于导线架上并以银胶(epoxy)粘着固定。黏晶完成后之导线 架则经由传输设备送至弹匣( magazi ne )内，以送至下一制程进行焊线。 ⑶焊线(wire bond ) IC构装制程(Packaging )则是利用塑胶或陶瓷包装晶粒与配线以成集成电路( Integrated Circuit ;简称IC)，此制程的目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械
半导体设备行业发展研究-半导体行业发展状况 半导体被称为制造业皇冠上的明珠，半导体产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。作为“工业粮食”,半导体芯片被广泛地应用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子、物联网等产业，是绝大多数电子设备的核心组成部分。根据国际货币基金组织测算，每1 美元半导体芯片的产值可带动相关电子信息产业10 美元产值， 并带来100 美元的GDP，这种100 倍价值链的放大效应奠定了芯片行业在国民 经济中的重要地位。 作为半导体产业的核心，集成电路占据半导体行业规模的八成以上，其细分领域包括逻辑电路、存储器、微处理器和模拟电路等四类。从产业链的角度看，以集成电路为代表的半导体产品被广泛用于消费电子、通讯、工业自动化等下游电子信息产业中，同时也受到下游终端应用结构发展的推动，下游应用是半导体产业发展的核心驱动力。 半导体产业链
（一）半导体行业发展状况 1、全球半导体产业状况 （1）全球半导体市场规模保持稳定增长 伴随全球信息化、网络化和知识经济的迅速发展以及半导体下游应用领域的不断拓展，近年来全球半导体销售额保持稳定增长。根据世界半导体贸易统计协会（WSTS）统计数据，全球半导体销售额由2010 年的2,983.15 亿美元增长至 2018 年的4,687.78 亿美元，年复合增长率达5.81%。 2010-2018 年全球半导体销售额及增长率 数据来源：WSTS 从产品类型看，半导体主要由集成电路、光电子器件、分立器件和传感器
1、清洗 集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水；且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即采用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1 —6所示。 图1—6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本米用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250C高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作 为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为：
Si + O2f SiO2 3、扩散 扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B2H6）作为N —源和磷烷（PH3）作为P+源。工艺生产过程中通常 分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH3 f 2P + 3H2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上 形成了沟槽。 光刻胶 基片------------ ?涂胶后基片 1 1 1 1 ~ 显影后基片V------------- 曝光后基片 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀
半导体行业发展趋势分析 新型计算架构浪潮推动，中国半导体产业弯道超车机会来临
核心观点： ●2018，半导体市场供需两旺，中国市场迎弯道超车机遇 需求端新市场新应用推动行业成长：1）比特币市场的火爆带动矿机需求快速增加，ASIC 芯片矿机凭借设计简单，成本低，算力强大等优势被大量采用。国内ASIC 矿机芯片厂商比特大陆、嘉楠耘智、亿邦股份自身业绩高增长的同时，其制造与封测环节供应商订单快速增长。2）汽车电子、人工智能、物联网渐行渐近，带动行业成长。供给端国内建厂潮加剧全球半导体行业资本开支增长，上游确定性受益。 ● 1 月半导体行情冰火两重天 A 股市场：18 年1 月以来（至1 月26 日）申万半导体指数下跌9.03%，半导体板块跑输电子行业5.9 个百分点，跑输上证综指16.59 个百分点，跑 输沪深300 指数17.72 个百分点；其中制造（-5.59%）>封装（-5.64%）> 分立器件（-5.66%）>存储器（-5.85%）>设计（-7.34%）>设备（-9.57%）> 材料（-11.17%）；估值大幅回落。海外市场：费城半导体指数上涨6.79%，创历史新高，首次超过2001 年最高值；矿机及人工智能带动GPU 需求量增长，英伟达作为全球GPU 龙头深度受益，1 月以来（至1 月26 日）股价上涨22.14%；设备龙头整体上涨。 ●12 月北美半导体设备销售额创历史新高，存储芯片价格平稳波动 根据WSTS 统计，11 月全球半导体销售额达376.9 亿美金，同比增长21.5%，环比增长1.6%，创历史新高。其中北美地区半导体11 月销售额87.7 亿美金，同比增长40.2%，环比增长2.6%，是全球半导体销售额增长最快区域。分版块看，12 月北美半导体设备销售额23.88 亿美金，同比增长27.7%，环比增长16.35%，创历史新高；存储芯片价格1 月以来（至1 月26 日）价格 波动。 ●投资建议 我们认为国内IC 产业进入加速发展时期，由市场到核“芯”突破这一准则不断延续，从智能手机领域起步，未来有望在人工智能、汽车电子、5G、物联网等新兴市场实现加速追赶。本月重点推荐卡位新兴应用市场，业绩快速成长的华天科技、长电科技，建议关注通富微电；同时下游资本开支扩张带给上游设备领域的投资机会，建议关注北方华创、长川科技。
芯片失效分析的原因（解决方案/常见分析手段） 一般来说，芯片在研发、生产过程中出现错误是不可避免的，就如房缺补漏一样，哪里出了问题你不仅要解决问题，还要思考为什么会出现问题。随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同一类问题是非常可怕的。本文主要探讨的就是如何进行有效的芯片失效分析的解决方案以及常见的分析手段。 失效分析失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及。它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析基本概念1.进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。 2.失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。 3.失效模式是指观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。 4.失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应力等。 失效分析的意义1.失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。 2.失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。 3.失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。 4.失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析主要步骤和内容芯片开封：
中国芯片行业发展概况分析研究 （一）半导体投资机会来临，未来3-5年为重要投资周期。 2015年初至今费城半导体指数持续创出新高，北美半导体设备BB值已连续8个月不低于1.0，全球半导体行业高景气周期将持续。国内政策支持力度不断加大，由过去单一政策支持转变为政策和资金共同支持，扶持重点将向制造环节倾斜，利好全产业链。随着IPO重启，A股将迎来一批优秀的半导体公司上市，未来3-5年为半导体行业重要投资周期。 （二）封测环节投资机会在当下。封测环节技术壁垒较低，人力成本要求高，有利于国内企业在半导体产业链切入。 在过去十多年发展中，封测环节一直占据国内集成电路产业主导，不过主要被海外IDM厂商的封测厂占据。现在A股上市的封测企业质地优秀，长电科技、华天科技、晶方科技，完成先进封装技术布局，符合未来封装行业趋势。 （三）IC设计领域潜在投资机会巨大。 过去十年在政策支持和终端市场需求强劲的双重动力推动下实现了持续快速增长，是半导体产业链上发展最快的一环。中为咨询观察目前，国内已经涌现出华为海思、展讯等具备全球竞争力的IC设计公司。华为海思最近发布的麒麟
Kirin920性能卓越，有望冲击移动应用处理器第一阵营。紫光集团私有化收购展讯和锐迪科实施强强联合，并提出了要打造世界级芯片巨头的宏伟目标。未来将会有一批国内最优秀具备国际竞争力的IC设计公司有望在A股上市，潜在投资机会巨大。 （四）晶圆制造领域快速追赶，利好全产业链。 晶圆制造环节具有极高的资本壁垒和技术壁垒，盈利能力丰厚。过去国内晶圆制造环节发展严重滞后，直接影响国内半导体全产业链发展。未来，国家将会加大对晶圆制造环节的政策和资金支持力度。中芯国际作为国内最大全球第五大的晶圆代工企业，将挑起国内集成电路崛起重任，成为政府主要支持对象，利好国内半导体全产业链发展。 （五）投资建议：封测环节重点关注：
中投顾问产业研究中心 中投顾问·让投资更安全 经营更稳健 中国芯片产业未来发展前景展望 中投顾问在《2017-2021年中国芯片行业产业链深度调研及投资前景预测报告》中提到，芯片产业一直是中国科技产业的“阿喀流斯之踵”——长期受制于人，即使有像银河超级计算机这些“面子”上的产品，其“里子”用的还是外国进口的芯片。 美国、韩国、日本、台湾的半导体产业都是顺着市场潮流和资本市场的东风发展起来的。技术的积累，研究的进步离不开市场对浪潮之巅新产品的追捧，反过来也为其进一步开发研究拓展打好了资金基础，这是一个良性循环过程，同时商业模式也从探索走向成熟。 但是在整个芯片市场开始衰退的时间里，中国的市场需求依旧保持着足够的活力，全球芯片市场自2015年中开始的衰退，一直持续至今，除了中国之外的所有区域市场销售额与前一年同期相较都呈现衰退。 中国市场同样面临着PC 市场的下滑与智能手机市场饱和的问题，而总的市场需求却能够增加则说明在物联网领域等新兴市场的需求要比国外市场增加的更多，这其实也国内物联网的市场反应并不落后国外，所以这也给了国产芯片产业的一个机会，国产芯片产业可以从两个角度发展自主芯片产业。 一、政府大力扶持 近几十年来，中国政府一直在断断续续地促进本土半导体行业的发展。但是之前投入的热情也不是很大，在整个90年代后半期投入的资金不足10亿美元。但是，根据2014年制定的一项宏伟计划，政府将向公共和私营基金投入1000亿至1500亿美元。此举的目标是到2030年从技术上赶超世界领先企业，包括各类芯片的设计、装配和封装公司，从而摆脱对国外供应商的依赖。在许多芯片业务领域，中国企业最终可能在技术上实现赶超，但却有可能因为产能过剩而给整个行业带来冲击。因此在花大资金对芯片产业进行扶持引导的时候，需要认清两个问题： （一）中国半导体制造能力弱，无法支撑中国大陆目前快速发展的设计企业的代工需求，也无法跟上设计企业、整机企业在很多关键领域需要自主产能的需求，比如存储器、基带芯片需要的先进工艺，比如MEMS 、功率器件需要的特色工艺，必须扩大产能，提升制造能力。 （二）中国对制造业的投资·增速在前些年是远远落后于全球水平的，现在遇到摩尔定律失效，FDSOI 等新的工艺被关注，这是难得的制造业发展窗口期，当然应该加大投资力度，在工艺提升和产能扩充上加快赶超速度。 二、直接引进外国技术 中投顾问在《2017-2021年中国芯片行业产业链深度调研及投资前景预测报告》中提到，让外国芯片企业将核心技术转让给中国企业，这在以前听起来是天方夜谭的事情，但是，随着芯片市场整体的下滑，以及中国芯片市场的强势，让越来越多的芯片企业更加愿意在中国市场有更深入的投入，前不久AMD 便宣布了允许旗下一家新成立的中国合资企业使用其专利技术以开发芯片。当然更暴力的做法就如同紫光一般直接斥巨资收购芯片厂商。