半导体后端工艺：了解半导体测试（上）

半导体制作工艺可分为前端和后端：前端主要是晶圆制作和光刻（在晶圆上绘制电路）；后端主要是芯片的封装。随着前端工艺微细化技术逐渐达到极限，后端工艺的重要性愈发突显。作为可以创造新附加价值的核心突破点，其技术正备受瞩目。

半导体后端工艺

制作半导体产品的第一步，就是根据所需功能设计芯片（Chip）。然后，再将芯片制作成晶圆（Wafer）。由于晶圆由芯片反复排列而成，当我们细看已完成的晶圆时，可以看到上面有很多小格子状的结构，其中一个小格子就相当于一个芯片。芯片体积越大，每个晶圆可产出的芯片数量就越少，反之亦然。

半导体设计不属于制程工序，半导体产品的制程工序大体可分为晶圆制作、封装和测试。其中，晶圆制作属于前端（Front End）工艺；封装和测试属于后端（Back End）工艺。晶圆的制作工艺中也会细分前端和后端，通常是CMOS制程工序属于前端，而其后的金属布线工序属于后端。

▲ 图1：半导体制作流程与半导体行业划分（ⓒHANOL出版社/photograph.SENSATA)

图1展示了半导体制程工艺及其行业的划分。只从事半导体设计的产业运作模式被称作芯片设计公司（Fabless），该模式的典型代表有高通（Qualcomm）、苹果（Apple）等。负责晶圆制作的制造商被称为晶圆代工厂（Foundry），他们根据Fabless公司的设计制作晶圆，其中最典型的代表要台积电（TSMC）了，DB HiTek、Magnachip等韩企也采用这一模式。经Fabless设计和Foundry制造的晶圆还需经过封装和测试，专门负责这两道工艺的企业就是外包半导体组装和测试（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，还有像SK海力士这样集半导体设计、晶圆制造、封装和测试等多个产业链环节于一身的集成设备制造商（IDM，Integrated Device Manufacturer）。

如图1所示，封装和测试工艺的第一步就是晶圆测试。封装后，再对封装进行测试。

半导体测试的主要目的之一就是防止不良产品出厂。一旦向客户提供不良产品，客户对我们的信任就会大打折扣，进而导致公司销售业绩的下降，还会引发赔偿等资金上的损失。因此，我们必须在产品出厂前对其进行细致的全面检测。半导体测试须根据产品的各种特性，对其各参数进行测试，以确保产品的品质和可靠度。当然，这需要时间、设备和劳动力上的投入，产品的制造成本也会随之增加。因此，众多测试工程师正致力于减少测试时间和测试参数。

测试的种类

▲ 表1: 测试分类（ⓒ HANOL出版社）

测试工艺可依据不同的测试对象，分为晶圆测试和封装测试；也可根据不同的测试参数，分为温度、速度和运作模式测试等三种类型（见表1）。

温度测试以施加在试验样品上的温度为标准：在高温测试中，对产品施加的温度比产品规格1 所示温度范围的上限高出10%；在低温测试中，施加温度比规格下限低10%；而恒温测试的施加温度一般为25℃。在实际使用中，半导体产品要在各种不同的环境中运作，因此必须测试产品在不同温度下的运作情况以及其温度裕度（Temperature Margin）。以半导体存储器为例，高温测试范围通常为85~90℃，低温测试范围为-5~-40℃。

1 规格（Spec）: specification的缩写，指产品配置，即制造产品时在设计、制作方法上或对所需特性的各种规定。 速度测试又分为核心（Core）测试和速率测试。核心测试主要测试试验样品的核心运作，即是否能顺利实现原计划的目标功能。以半导体存储器为例，由于其主要功能是信息的存储，测试的重点便是有关信息存储单元的各项参数。速率测试则是测量样品的运作速率，验证产品是否能按照目标速度运作。随着对高速运转半导体产品需求的增加，速率测试目前正变得越来越重要。 运作模式测试细分为直流测试（DC Test）、交流测试（AC Test）和功能测试（Function Test）：直流测试验证直流电流和电压参数；交流测试（AC Test）验证交流电流的规格，包括产品的输入和输出转换时间等运作特性；功能测试则验证其逻辑功能是否正确运作。以半导体存储器为例，功能测试就是指测试存储单元（Memory cell）与存储器周围电路逻辑功能是否能正常运作。 下期我们继续来讲晶圆测试和封装测试。  

审核编辑：刘清