MFU简介

news2024/9/30 22:58:08

1、缩写

        MFU - Mask Field Utilization(光刻掩膜版有效利用比例)
        GDPW - Gross Die Per Wafer,每张wafer上die的数量

2、什么是MASK

        在光刻机中,光源(紫外光、极紫外光)透过mask曝光在晶圆上形成图形。在同一尺寸的晶圆上,曝光的次数跟mask尺寸成反比,mask尺寸越小,曝光次数越多,成本越高,所以应该尽可能将mask尺寸做到最大。那如何将mask做大呢?那这就需要引入MFU的概念。

3、MFU

        MFU - Mask Field Utilization,光刻掩膜版有效利用比例。实际mask size = die_area x N + scribe_line_area, N是一张mask内die数量,受限于scanner(推测是曝光的机器),mask尺寸最大可以做到26mm x 33mm,因此MFU =(die_area x N + scribe_line_area) / (26mm x 33mm)。

        scribe_line的宽度一般定义在DRC deck文件中。可以咨询foundary得到scribe_line的具体数值。

        理想情况是MFU做到100%,这样mask尺寸可以做到最大,曝光的次数就最小,曝光成本最低。但现实情况很难做到100%,通常会要求在80%以上,越高越好,也就是要优化die的尺寸,尽量将26mm x 33mm的尺寸用起来,这就是MFU。

        MFU值越高,同一wafter产生的die的数目越多,所以提高MFU的值非常重要,MFU的值越高越好。同时MFU值高,有可能得到foundary的折扣奖励。

4、scrible line & seal ring

        芯片生产出来的时候是许多芯片在一片wafer上的需要用划片机将芯片分割开来,这个时候就需要为分割芯片预留的空间scribe line,在分割芯片及芯片运输封装的过程中,芯片边缘的应力会产生变化,设计上需要在芯片周边做一圈钝化的区域(seal ring)以保护芯片不碎裂以及屏蔽和防潮功能。

        这样整个芯片的面积就是芯片主体边长(主体面积开方)加上两倍的scribe line的宽度和两倍的seal ring宽度再平方。

4.1 seal ring

1、什么是seal ring?

        从layout角度看,seal ring是一个由diff(有源区)、 contact(过孔)、 via(通孔)和metal(金属)等layer(层次)按照一定的规则叠加组成的图形。

        从工艺角度看,seal ring是一种金属层、氧化层、钝化层结构。像一圈堤坝,将芯片围在圈内保护起来。

        从晶圆角度看,seal ring是介于芯片(chip)和划片槽(scribe line)之间的(保护)环。

2、seal ring有什么作用?

        Seal ring的作用就是防止芯片在切割的时候受到机械损伤,还有一些搭顺风车来得作用,我们了解下:

        a) 把Seal ring接地,屏蔽芯片外的干扰;

        b) Seal ring可以防止潮气从侧面断口侵入;

        c) 将切割所产生的静电就近接地,再由切割时邻近的Seal ring共同分摊所产生的电流,将对die本体的冲击降到最小

        Seal ring就像是芯片的长城一样,从四周环绕包围,防止划片(芯片切割)时伤害到内部电路,另外还能防止外界灰尘进入芯片内部。Seal ring是为了保护真正芯片的部分留有这个保护,划片刀砍下去的时候是在这个ring的外面砍下去的。

        在Scribe line上切割时,可能有应力作用到chip内部,加Seal ring可以阻止切割时产生的裂痕损坏到芯片。

3、Seal ring(封装条)与Guard ring(保护环)是不同的

        Seal ring是在芯片IO ring 之外的密闭环(所用层基本涵盖所有mask layer);Guard ring通常用于电路内部block与block之间的隔离,所用层通常是nwell 或psub,或两者一同使用。

4、Seal ring(封装条)与Scribe line(划片槽)的区别。

        Scribe line,是把芯片从晶圆上切下来的线,是要实际走刀子的地方,而Seal ring是围在芯片周围的一圈从衬底到最上层金属全部都打一圈的保护圈。Seal ring,它的作用有两个:主要作用是防止芯片在切割的时候的机械损伤,尤其是芯片的四个角一般都不放重要器件;其次的作用是Seal ring接地,屏蔽芯片外的干扰。

4.2 scrible line

        在一个晶圆上通常有几百个至数千个芯片连在一起。它们之间留有一定的间隙,以便于划片,这些间隔结构被称为切割通道(dicing channel),有时也被称为划片槽(scribe line)锯道(saw channel)或通道(street)。

        问题:什么是划片(scribe)?

        回答:划片是将多个芯片的圆片,用金刚砂刀片等方法分隔成单独的芯片,以便装片。

        问题:划片对芯片有何影响?

        回答:划片会产生应力,造成晶格损伤(如背崩等),影响芯片电性或可靠性。显性的首先表现出来,电参数退化;隐形的在长期使用中发展恶化,造成电参数退化或失效。有研究表明,应力与圆片翘曲度密切相关,应力越大,圆片的翘曲越严重。

        问题:怎么减少划片对芯片有何影响?

        回答:留足划片槽(scribe line)宽度;好的划片工艺,好的划片道(边缘整齐,崩边小,断面光滑)

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