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有关流片验证的一些看法

2018-11-27

如果用流片(Tape Out)作为芯片验证的节点,则可分为流片前验证和流片后验证。

流片前验证,叫做 Pre-Silicon验证,是指基于各种仿真平台 (FPGA,PXP,HAPS,ZeBU 等)和 Bit File 验证芯片的功能、性能、功耗是否满足设计目标,为流片做准备。

流片后验证,叫做 Post-Silicon 验证,是指 Foundry 已经完成工程样片的制作,工程团队拿到了工程样片,并对工程样片进行验证,以确定样片是否符合设计目标,为芯片量产做准备。

流片时,需规划好工程 Wafer 释放策略。

以 TSMC 为例。通常,根据 SoC 的规模和 Die Size 等因素,公司与 TSMC 谈好每次流片的工程 Wafer 数量,比如 25片 工程Wafer,这些工程 Wafer 的费用包含在流片费用中。考虑到大多数芯片做不到一次流片直接量产,所以要规划这 25 片工程 Wafer 的用法,至少需考虑以下需求:

(1)有足够的工程芯片用于测试验证;

(2)为 Metal Fix 预留工程 Wafer;

(3)缩短芯片验证时间;

(4)工程故障;

(5)具体项目的需求。比如,在满足以上需求的前提下,预留尽可能多的工程Wafer用于量产。

以 12nm FFC SoC 为例,假设该 SoC 涉及50个模块,芯片 Die Size 为 30mm^2,采用12英尺Wafer,MFU 为 95%,算下来一片 Wafer 可生产 2K 颗芯片,假设良率(Yield)为 85%,即 CP 和FT 筛掉 15%,可拟定的工程Wafer策略如图一。

微信图片_20181127192401.jpg

图一 某芯片工程Wafer策略

解释该表前,先熟悉一些概念。

芯片结构如大楼,至少包括选材质(Corner),打基地(Base Layer)。芯片Corner 选择,如选择材料不同材质盖大楼。芯片制作是物理过程,存在工艺偏差。根据工艺的设置和 PMOS、NMOS的开关时间快慢,分为不同的 Corner,典型说法如:TT、FF、SS,同时根据偏差大小设定不同等级的 FF 和 SS,如 2FF 表示往快的方向偏2个Sigama,3SS 表示往慢点方向偏3个Sigama (关于为什么要做不同Corner 的芯片,作为另一个 Topic  后聊)。

选 Corner,可理解为选不同的材质盖楼,一旦选定开工,就不能更改,参考表一:

(1)Hold OD,理解为已经选好高楼的地点,根据需要还可以改变大楼的材质,可以才改变工艺;

(2)Hold at Poly,理解为选好了地点和材质,地基还没有开始做,即芯片的 Base Layer 没有开始;

(3)Hold at Count,理解为地基已经做了不能更改,但可以修改楼层间的连接,即可以做 Metal 层修改。

回来看表一。

第一批  #1~#3,Leading Lot,3PCS TT,Full flow run to end。Wafer #1~#3 三不要做 CP 测试和FT测试,直接跑到最后。其中一片用于 PC 调试,送到封装厂产长 Bump 后这片 Wafer 不需要切开,用于调试 PC 程式。另外两片长完 Bump后,切开并封装,第一批次芯片不做 FT 测试,盲封调回(为什么 Leading Lot 用 TT而且不做 CP ? 为什么 Leading Lot 不能全部做FT 测试?)。

第二批 #4~#11,First Corner Lot,做 CP 和 FT 测试,Full flow run to end。因为包括了Corner Wafer, 与第一批使用不同的机台,#4和#9 的TT用于验证同Corner下不同机台间的差异。其余六片是Corner Wafer。

第三批 #12 ~ #16 是备份 Lot, 包含各种 Corner 并 Hold 在 OD。12nm工艺尚未成熟,为防止前两批 Wafer 出现工程问题做 Back up,同时为 Metal Fix 做准备。选择 Hold at OD 而不是保持原始Wafer,一是为了保证能根据需求改变工艺,二是考虑到一旦出现工程问题,或者需要 Metal Fix,直接从 OD 开始跑,减少芯片回来的时间(为什么不Hold在 Poly呢?)。

第四批 #17~#21,是用于验证 MON+/-,HR+/- 工艺,Run to end,做 CP 和 FT 测试。

第五批 #22~#25 Hold 在 OD 备用。考虑到工程样片回片时间比量产芯片会回片时间段,若有客户需求,且前面的样片已满足芯片验证要求,这四片 Wafer 可作为量产 Wafer 出货。

总结下来,该案例 25 片工程 Wafer 的使用考虑了实用性,时效性等各种场景,但并非没有漏洞,仅是根据该次流片的具体情况,权衡了各种可能性后的决策。