芯片制造的成本和工艺流程分析
失效分析 赵工 半导体工程师 2023-09-11 09:01 发表于北京
摘要
芯片制造的成本和工艺流程，包括前端制造过程、后端实现、普通、热或超热装配线的制造选择、监测解决方案以及成本分析。同时，对两种解决方案进行了评价，认为ProteanTecs更好。建议在总预算中拨出至少5%的成本用于工艺改进和健康监测。
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芯片设计完成后，进行tape-out验证，将数据上传到云端或通过服务器**数据，发送给代工厂进行制造。代工厂会按照设计规则进行物理验证，再进行布局与原理图的比对，生成掩膜进行制造。客户可以选择普通、热或超热装配线进行制造，时间和成本有所不同。
1.在芯片设计完成后，进行tape-out验证，将数据上传到云端或通过服务器**数据，发送给代工厂进行制造。tape-out是将数据传输到掩膜所在的磁带上，传统上是将磁带交给代工厂进行制造。现在，虽然数据是通过云端传输，但仍然称之为tape-out。
2.代工厂会按照设计规则进行物理验证，确保符合代工厂的PDK规则，例如TSMC七纳米PDK规则。代工厂会再次验证检查，以确保所有设计规则都符合要求。如果掩膜生成时存在设计规则违反，可能会损坏整个芯片。
3.LVS是布局与原理图的比对验证，用于检查设计中是否存在短路或开路等问题。如果芯片存在这样的问题，整个功能都可能会被**，芯片将无**常工作。代工厂会进行LVS比对验证，以确保芯片没有这些问题。
4.客户可以选择普通、热或超热装配线进行制造。装配线决定了制造的时间和成本。普通装配线用于大多数情况，制造七纳米芯片需要12至14周。热装配线和超热装配线可以在较短的时间内制造芯片，但成本更高、容量更小。
5.代工厂将根据设计生成掩膜，并使用12英寸、8英寸、6英寸等不同大小的晶圆进行制造。掩膜生成是制造过程中的一个关键步骤。
6.制造过程类似于任何制造过程。在完成所有验证后，晶圆将进入制造**，然后进行不同的工艺流程。时间和步骤的数量取决于技术节点。客户可以根据产品要求选择不同的装配线。
7.客户需要知道使用什么类型的装配线。大部分时间使用普通装配线，需要12至14周的时间制造七纳米芯片。热装配线和超热装配线可以缩短制造时间，但成本更高，容量更小。普通装配线通常有80％至90％的产能。
8.客户可以根据产品要求选择不同的装配线。虽然热和超热装配线可以缩短制造时间，但成本更高，容量更小。制造时间的长短取决于技术节点和步骤的数量。
客户选择普通装配线，需12至14周，芯片生产需要进行前端制造过程，包括沉积、光刻、刻蚀、电离和清洗等步骤。设计验证需要满足性能、功能和架构等三个主要标准，满足标准后继续进行后端实现，包括静态时序分析等步骤。若设计和工具稳健，则生产概率高达95%，甚至在性能未达标时，也可通过降频等方式实现生产。针对汽车、医疗、国防等应用，有60%至70%的生产概率需要使用监测组件。
1.客户选择普通装配线，生产周期需要12至14周。芯片生产需要进行前端制造过程，包括沉积、光刻、刻蚀、电离和清洗等步骤，最终进行封装。
2.设计验证需要满足性能、功能和架构等三个主要标准。首先需要满足功能标准，然后进行设计验证，验证设计的芯片是否能够正常工作。如果芯片能够正常工作，则进行后端实现，包括静态时序分析等步骤。
3.后端实现包括静态时序分析等步骤。如果设计稳健，工具稳健，则生产概率高达95%。在性能未达标的情况下，也可通过降频等方式实现生产。如果设计不符合逻辑需求，就无法生产。
4.针对汽车、医疗、国防等应用，有60%至70%的生产概率需要使用监测组件。应用不同，监测概率也不同。在某些应用中，需要对芯片进行监测以确保其正常工作。
5.监测组件包括proteanTecs和其他工具。在制造过程中，需要使用某些步骤以获得合适的规格。对于某些应用，如医疗、汽车和国防等，需要对芯片进行监测。
6.监测概率并非在所有情况下都是100%。对于一些消费类产品、CPU、GPU等芯片，只有20%至30%的情况需要使用监测解决方案。
7.一些情况下，即使性能未达标，也可以通过降频等方式实现生产。如果设计稳健，工具稳健，则生产概率高达95%。
8.性能、功耗等可在一定程度上妥协，但最重要的是满足功能需求，如果逻辑需求不符合，则无法生产。如果存在较大的错误或验证无法完成，则无法生产，需先解决问题，才能进行大规模生产。
未来，监测解决方案不仅能监测芯片和**的健康状况，还可协助制造过程并借助AI/ML等高级**进行学习，提高整体制造能力，优化流程并提高**产量。使用proteanTecs解决方案可提高生产效率，设计周期可缩短15%-20%，生产成本可降低20%。在设计一枚使用五纳米技术的高性能计算芯片时，团队需耗资300万至500万美元，制造一块晶圆成本为14000至17000美元，一般制造成本在2000万至***0万美元。制造过程中需要进行多个步骤，如沉积等，且整个流程在外包代工厂完成。
1.未来，监测解决方案不仅能监测芯片和**的健康状况，还可协助制造过程并借助AI/ML等高级**进行学习，提高整体制造能力，优化流程并提高**产量。
2.使用proteanTecs解决方案可提高生产效率，设计周期可缩短15%-20%，生产成本可降低20%。
3.proteanTecs解决方案可协助制造过程，优化流程并提高**产量。
4.使用proteanTecs解决方案可缩短设计周期15%-20%，提高效率20%。
5.使用proteanTecs解决方案可降低生产成本20%。
6.设计一枚使用五纳米技术的高性能计算芯片时，团队需耗资300万至500万美元。
7.制造一块晶圆的成本为14000至17000美元，一般制造成本在2000万至***0万美元。
8.制造过程中需要进行多个步骤，如沉积等，且整个流程在外包代工厂完成。
制造过程包括关键步骤，如沉积、光刻、蚀刻和离子注入等。首先，使用硅晶片，并对其进行切割，然后进行薄膜沉积。接下来，通过光刻工艺，用ASML DUV，EUV等设备在光敏树脂上绘制图案。然后，使用不同的检测工具来检查图案是否符合规格。接着，进行蚀刻，消除降解的光刻胶以显示所需的图案。最后，进行离子注入，对晶片进行清洗和CMP。这些步骤有800到1200个，需要8-12周才能完成。处理后的晶片有一定的良率，**的芯片需要废弃。
1.沉积是制造工艺的第一步，使用硅晶片进行薄膜沉积。
2.光刻是制造工艺的第二步，使用光敏树脂和不同的化学物质，通过光刻工艺在硅晶片上绘制图案。
3.制造工艺中使用ASML DUV和EUV等设备来进行光刻，保证图案精度。
4.为了确保所绘制的图案符合规格，制造工艺中使用不同的检测工具进行检测。
5.蚀刻是制造工艺的一个关键步骤，通过消除降解的光刻胶来显示所需的图案。
6.离子注入是制造工艺的一个步骤，通过以正负离子轰击晶片来对其进行处理。
7.制造工艺中需要对晶片进行清洗和CMP，以确保表面平整和无杂质。
8.处理后的晶片有一定的良率，**的芯片需要废弃。
一块五纳米的芯片需要花费约16000美元，而如果是28纳米的话，成本大约在5000到6000美元左右。现代化的工艺非常昂贵，因此先进工艺的成本很高。遗留的工艺成本会更少，因为工艺步骤更少，更简单。基于应用，如果需要集成健康监测**，那么需要考虑许可费用、设计费用和制造方面的延迟等成本。因此，最终产品的成本也会受到影响。在总预算中，如果涉及到工艺改进和健康监测，不仅在设计方面，在制造和使用过程中的成本都会增加，建议在预算中拨出至少5%的成本。目前我使用过两种解决方案，ProteanTecs和Synopsys，我认为ProteanTecs更好，给8分。因为Synopsys主要是在设计方面和PVT监测**，所以我会给5到6分，他们需要在**监测和实际使用方面做出更多的努力。
1.一块五纳米的芯片需要花费约16000美元，而如果是28纳米的话，成本大约在5000到6000美元左右。较先进的工艺会更加昂贵，因此先进工艺的成本很高。相比之下，遗留的工艺成本会更少，因为工艺步骤更少，更简单。
2.基于应用，如果需要集成健康监测**，需要考虑许可费用、设计费用和制造方面的延迟等成本。因此，最终产品的成本也会受到影响。在总预算中，如果涉及到工艺改进和健康监测，不仅在设计方面，在制造和使用过程中的成本都会增加，建议在预算中拨出至少5%的成本。
3.健康监测可以用于芯片的使用过程中。例如，在汽车中使用的芯片，即使使用了一年后，您也可以监测芯片的健康状态。这可以让您知道是否需要进行任何修复或更换等*作。
4.我使用过两种解决方案，ProteanTecs和Synopsys。我认为ProteanTecs更好，给8分。因为Synopsys主要是在设计方面和PVT监测**，所以我会给5到6分，他们需要在**监测和实际使用方面做出更多的努力。
5.五纳米技术的成本非常高，大约需要花费16000美元。七纳米技术的成本在10000到11000美元左右，16纳米技术的成本可能在6000美元左右，而28纳米技术的成本在4000到5000美元之间。
6.工艺改进会增加成本。因为需要进行许可费用、设计费用和制造方面的延迟等成本。但是，工艺改进可以提高设计和**的效率，也可以在使用过程中减少故障率。
7.遗留节点工艺成本相对较少，因为工艺步骤更少，更简单。例如，28纳米技术的成本在5000到6000美元之间，比五纳米技术的成本低得多。
8.如果涉及到工艺改进和健康监测，在总预算中建议拨出至少5%的成本，因为工艺改进和健康监测可以提高设计和**的效率，同时也可以在使用过程中减少故障率。
来源：半导体设备资讯站
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