半導體后端工藝：了解半導體測試（上）

半導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。隨著前端工藝微細化技術逐漸達到極限，后端工藝的重要性愈發突顯。作為可以創造新附加價值的核心突破點，其技術正備受矚目。

半導體后端工藝

制作半導體產品的第一步，就是根據所需功能設計芯片（Chip）。然后，再將芯片制作成晶圓（Wafer）。由于晶圓由芯片反復排列而成，當我們細看已完成的晶圓時，可以看到上面有很多小格子狀的結構，其中一個小格子就相當于一個芯片。芯片體積越大，每個晶圓可產出的芯片數量就越少，反之亦然。

半導體設計不屬于制程工序，半導體產品的制程工序大體可分為晶圓制作、封裝和測試。其中，晶圓制作屬于前端（Front End）工藝；封裝和測試屬于后端（Back End）工藝。晶圓的制作工藝中也會細分前端和后端，通常是CMOS制程工序屬于前端，而其后的金屬布線工序屬于后端。

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

圖1展示了半導體制程工藝及其行業的劃分。只從事半導體設計的產業運作模式被稱作芯片設計公司（Fabless），該模式的典型代表有高通（Qualcomm）、蘋果（Apple）等。負責晶圓制作的制造商被稱為晶圓代工廠（Foundry），他們根據Fabless公司的設計制作晶圓，其中最典型的代表要臺積電（TSMC）了，DB HiTek、Magnachip等韓企也采用這一模式。經Fabless設計和Foundry制造的晶圓還需經過封裝和測試，專門負責這兩道工藝的企業就是外包半導體組裝和測試（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海力士這樣集半導體設計、晶圓制造、封裝和測試等多個產業鏈環節于一身的集成設備制造商（IDM，Integrated Device Manufacturer）。

如圖1所示，封裝和測試工藝的第一步就是晶圓測試。封裝后，再對封裝進行測試。

半導體測試的主要目的之一就是防止不良產品出廠。一旦向客戶提供不良產品，客戶對我們的信任就會大打折扣，進而導致公司銷售業績的下降，還會引發賠償等資金上的損失。因此，我們必須在產品出廠前對其進行細致的全面檢測。半導體測試須根據產品的各種特性，對其各參數進行測試，以確保產品的品質和可靠度。當然，這需要時間、設備和勞動力上的投入，產品的制造成本也會隨之增加。因此，眾多測試工程師正致力于減少測試時間和測試參數。

測試的種類

▲ 表1: 測試分類（? HANOL出版社）

測試工藝可依據不同的測試對象，分為晶圓測試和封裝測試；也可根據不同的測試參數，分為溫度、速度和運作模式測試等三種類型（見表1）。

溫度測試以施加在試驗樣品上的溫度為標準：在高溫測試中，對產品施加的溫度比產品規格1 所示溫度范圍的上限高出10%；在低溫測試中，施加溫度比規格下限低10%；而恒溫測試的施加溫度一般為25℃。在實際使用中，半導體產品要在各種不同的環境中運作，因此必須測試產品在不同溫度下的運作情況以及其溫度裕度（Temperature Margin）。以半導體存儲器為例，高溫測試范圍通常為85~90℃，低溫測試范圍為-5~-40℃。

1?規格（Spec）: specification的縮寫，指產品配置，即制造產品時在設計、制作方法上或對所需特性的各種規定。 速度測試又分為核心（Core）測試和速率測試。核心測試主要測試試驗樣品的核心運作，即是否能順利實現原計劃的目標功能。以半導體存儲器為例，由于其主要功能是信息的存儲，測試的重點便是有關信息存儲單元的各項參數。速率測試則是測量樣品的運作速率，驗證產品是否能按照目標速度運作。隨著對高速運轉半導體產品需求的增加，速率測試目前正變得越來越重要。 運作模式測試細分為直流測試（DC Test）、交流測試（AC?Test）和功能測試（Function?Test）：直流測試驗證直流電流和電壓參數；交流測試（AC Test）驗證交流電流的規格，包括產品的輸入和輸出轉換時間等運作特性；功能測試則驗證其邏輯功能是否正確運作。以半導體存儲器為例，功能測試就是指測試存儲單元（Memory cell）與存儲器周圍電路邏輯功能是否能正常運作。 下期我們繼續來講晶圓測試和封裝測試。

審核編輯：劉清