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有關流片驗證的一些看法

2018-11-27

如果用流片(Tape Out)作為芯片驗證的節點,則可分為流片前驗證和流片后驗證。

流片前驗證,叫做 Pre-Silicon驗證,是指基于各種仿真平臺 (FPGA,PXP,HAPS,ZeBU 等)和 Bit File 驗證芯片的功能、性能、功耗是否滿足設計目標,為流片做準備。

流片后驗證,叫做 Post-Silicon 驗證,是指 Foundry 已經完成工程樣片的制作,工程團隊拿到了工程樣片,并對工程樣片進行驗證,以確定樣片是否符合設計目標,為芯片量產做準備。

流片時,需規劃好工程 Wafer 釋放策略。

以 TSMC 為例。通常,根據 SoC 的規模和 Die Size 等因素,公司與 TSMC 談好每次流片的工程 Wafer 數量,比如 25片 工程Wafer,這些工程 Wafer 的費用包含在流片費用中。考慮到大多數芯片做不到一次流片直接量產,所以要規劃這 25 片工程 Wafer 的用法,至少需考慮以下需求:

(1)有足夠的工程芯片用于測試驗證;

(2)為 Metal Fix 預留工程 Wafer;

(3)縮短芯片驗證時間;

(4)工程故障;

(5)具體項目的需求。比如,在滿足以上需求的前提下,預留盡可能多的工程Wafer用于量產。

以 12nm FFC SoC 為例,假設該 SoC 涉及50個模塊,芯片 Die Size 為 30mm^2,采用12英尺Wafer,MFU 為 95%,算下來一片 Wafer 可生產 2K 顆芯片,假設良率(Yield)為 85%,即 CP 和FT 篩掉 15%,可擬定的工程Wafer策略如圖一。

微信圖片_20181127192401.jpg

圖一 某芯片工程Wafer策略

解釋該表前,先熟悉一些概念。

芯片結構如大樓,至少包括選材質(Corner),打基地(Base Layer)。芯片Corner 選擇,如選擇材料不同材質蓋大樓。芯片制作是物理過程,存在工藝偏差。根據工藝的設置和 PMOS、NMOS的開關時間快慢,分為不同的 Corner,典型說法如:TT、FF、SS,同時根據偏差大小設定不同等級的 FF 和 SS,如 2FF 表示往快的方向偏2個Sigama,3SS 表示往慢點方向偏3個Sigama (關于為什么要做不同Corner 的芯片,作為另一個 Topic  后聊)。

選 Corner,可理解為選不同的材質蓋樓,一旦選定開工,就不能更改,參考表一:

(1)Hold OD,理解為已經選好高樓的地點,根據需要還可以改變大樓的材質,可以才改變工藝;

(2)Hold at Poly,理解為選好了地點和材質,地基還沒有開始做,即芯片的 Base Layer 沒有開始;

(3)Hold at Count,理解為地基已經做了不能更改,但可以修改樓層間的連接,即可以做 Metal 層修改。

回來看表一。

第一批  #1~#3,Leading Lot,3PCS TT,Full flow run to end。Wafer #1~#3 三不要做 CP 測試和FT測試,直接跑到最后。其中一片用于 PC 調試,送到封裝廠產長 Bump 后這片 Wafer 不需要切開,用于調試 PC 程式。另外兩片長完 Bump后,切開并封裝,第一批次芯片不做 FT 測試,盲封調回(為什么 Leading Lot 用 TT而且不做 CP ? 為什么 Leading Lot 不能全部做FT 測試?)。

第二批 #4~#11,First Corner Lot,做 CP 和 FT 測試,Full flow run to end。因為包括了Corner Wafer, 與第一批使用不同的機臺,#4和#9 的TT用于驗證同Corner下不同機臺間的差異。其余六片是Corner Wafer。

第三批 #12 ~ #16 是備份 Lot, 包含各種 Corner 并 Hold 在 OD。12nm工藝尚未成熟,為防止前兩批 Wafer 出現工程問題做 Back up,同時為 Metal Fix 做準備。選擇 Hold at OD 而不是保持原始Wafer,一是為了保證能根據需求改變工藝,二是考慮到一旦出現工程問題,或者需要 Metal Fix,直接從 OD 開始跑,減少芯片回來的時間(為什么不Hold在 Poly呢?)。

第四批 #17~#21,是用于驗證 MON+/-,HR+/- 工藝,Run to end,做 CP 和 FT 測試。

第五批 #22~#25 Hold 在 OD 備用。考慮到工程樣片回片時間比量產芯片會回片時間段,若有客戶需求,且前面的樣片已滿足芯片驗證要求,這四片 Wafer 可作為量產 Wafer 出貨。

總結下來,該案例 25 片工程 Wafer 的使用考慮了實用性,時效性等各種場景,但并非沒有漏洞,僅是根據該次流片的具體情況,權衡了各種可能性后的決策。


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