馬協(xié)力 黃翔宇 金焱驊 蘭翔

（中國電子科技集團公司第五十五研究所 江蘇省南京市 210016）

1 引言

芯片在現(xiàn)如今的社會發(fā)展中地位越發(fā)重要，從社會宏觀領(lǐng)域上看芯片，它的構(gòu)成給電子信息技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的推動優(yōu)勢。芯片使用廣泛，涉及層面寬廣，在眾多領(lǐng)域中都占據(jù)著重要地位，如互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域、現(xiàn)代電子設(shè)備領(lǐng)域、計算機領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、國家新型開發(fā)領(lǐng)域等。同時，芯片在國民經(jīng)濟和國防科技建設(shè)等領(lǐng)域占著不可或缺的地位，是國家開發(fā)建設(shè)的先鋒，當(dāng)然，也是一個國家發(fā)展的基礎(chǔ)。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)給電路元器件的功能運行提供了方便，半導(dǎo)體材料經(jīng)過一系列設(shè)計和加工，在經(jīng)過精密的計算和安裝，從而研究發(fā)展出更具優(yōu)勢的芯片原件。芯片的制造流程不是簡單的一步到位的單一生產(chǎn)模式，芯片的制造包含多個階段和多步流程，同時，這些流程之間存在一定的時間和空間次序。在一片硅片上可以同時制作幾十甚至上萬個特定的芯片，而硅片通常稱為襯底，硅片的直徑一直在增大，從最初的不到1 英寸到現(xiàn)在常用的8 英寸，正在進行向12 英寸或300mm 的轉(zhuǎn)變。一片硅片上芯片的數(shù)量取決于產(chǎn)品的類型和每個芯片的尺寸。芯片制作完整過程包括芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝、測試等幾個環(huán)節(jié)，其中晶圓制造過程尤為復(fù)雜，一般包括：晶圓原材料制造、晶圓涂膜、光刻顯影刻蝕、饞加雜質(zhì)、晶圓測試、封裝和測試包裝等環(huán)節(jié)，而目前的芯片生產(chǎn)還存在一定的不足和缺陷，通常為了在生產(chǎn)過程中對芯片進行測試記錄和質(zhì)量追溯，需要對硅片上每一個芯片進行標(biāo)定編號。

2 光刻版及光刻版數(shù)據(jù)處理

半導(dǎo)體制造過程中一般采用光刻機將光刻版上的圖形投影到硅片上。光刻版是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的關(guān)鍵工具，其質(zhì)量直接決定了最終產(chǎn)品的成敗。光刻版，有時也稱為掩模版或者光罩，通常為高純度石英或者蘇打玻璃版，上面載有金屬鉻形成的半導(dǎo)體圖形，所以要實現(xiàn)硅片上芯片的編號，可以選擇在光刻版上生成編號，然后在半導(dǎo)體光刻工藝過程中再將編號投影到硅片上。

在半導(dǎo)體設(shè)計公司將設(shè)計圖出帶（Tapeout）后，就可以從版圖得到光刻圖形生產(chǎn)光刻版了。從設(shè)計公司出帶的版圖得到生產(chǎn)光刻版所需要的光刻圖形的過程稱為光刻版數(shù)據(jù)處理。對芯片進行編號通常會選擇在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，在光刻版圖中的每個芯片中加入相應(yīng)的編號內(nèi)容，然后再將編號生產(chǎn)到光刻版上。目前光刻版數(shù)據(jù)處理常用的軟件有Synopsys公司的CATS 軟件和CADENCE 公司的Virtuoso 軟件，但是這些軟件僅具有基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理功能。而Tanner Research公司的L-edit 軟件除了進行基本的版圖編輯功能外，還提供了C 和C++的程序開發(fā)接口，開發(fā)效率較高，所以本文采用C++對L-edit 軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)光刻版圖的快速處理。

3 DIE的自動編號技術(shù)

要實現(xiàn)對硅片上每個芯片按照順序進行編號，如圖1 所示，外圍的圓為硅片，矩形框為芯片，芯片按照硅片的范圍進行排列，編號要求為從左上到右下按照順序逐行逐列進行編號，如果采用數(shù)據(jù)處理軟件對芯片圖形手動逐個編號，工作量太大，難以實現(xiàn)，為了實現(xiàn)芯片的快速編號，在光刻版數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)可以借助L-edit 軟件二次開發(fā)的優(yōu)勢，開發(fā)出針對性的技術(shù)，實現(xiàn)芯片的自動快速編號，即芯片的自動編號技術(shù)。

圖1： 芯片編號示意圖

為了滿足芯片在硅片上排布的多樣化需求，可以根據(jù)晶圓上排列出的芯片的分布圖確定編號次序，實現(xiàn)芯片的自動編號，同時為了應(yīng)對數(shù)量未知的芯片和防止數(shù)量過多產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出，可以采用鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄數(shù)據(jù)，這樣可以應(yīng)對數(shù)萬個芯片編號的需求。用C++描述鏈表如下：

3.1 確定芯片中編號的位置和大小

對芯片進行編號首先要對芯片中編號的位置和大小進行約束和定義，而為了不影響芯片的最后性能，編號通常會放在芯片圖形外的空白處。確定的方法為：

圖2： 芯片的自動編號技術(shù)流程圖

（1）首先在芯片版圖中合適的空白處用L-edit 軟件畫出一個參考矩形框；

（2）讀取矩形框的左下和右上的頂點坐標(biāo)，將頂點坐標(biāo)確定的高度來定義數(shù)字編號的比例大小，同時確定數(shù)字編號的中心位置坐標(biāo)。用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.2 獲取芯片的數(shù)量并進行編號分配

按照上一步驟的方式，用L-edit 軟件通過在芯片單元中任意一圖層中畫出參考矩形框，實現(xiàn)分布圖中每個芯片中生成矩形框，并單獨導(dǎo)出矩形框分布圖，生成新的文件，然后重新導(dǎo)入分布圖的文件，將分布圖分解成Box 特征圖形，通過程序獲取數(shù)量，并根據(jù)芯片的總數(shù)，按照從上到下的順序自動分配每一個Box 對應(yīng)的編號，用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.3 生成編號

根據(jù)分配的編號，調(diào)用數(shù)字生成函數(shù)在相應(yīng)的的位置生成數(shù)字編號。用C++描述整個過程主要步驟如下：

數(shù)字字庫中包含了“0-9”數(shù)字字符和“a-z”英文字母等字符的生成代碼，數(shù)字“0”用C++描述整個過程主要步驟如下：

4 總結(jié)

針對目前芯片編號存在效率較低的問題，本文開發(fā)出針對性的自動編號技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)處理軟件-L-edit 進行功能拓展，在光刻版數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)實現(xiàn)了芯片圖形的快速編號，顯著提高了編號效率，同時此技術(shù)還具有多項技術(shù)優(yōu)勢：

（1）支撐用于編號的芯片的數(shù)量大，可以應(yīng)對數(shù)萬個芯片的編號需求；

（2）自動化程度高，通過程序可以自動捕捉芯片的數(shù)量、坐標(biāo)，且對其進行排序；

（3）適用于多種類型的芯片的排列方式，可以實現(xiàn)對不規(guī)則芯片排列的有序編號，例如圓形排布；

（4）可調(diào)的編號順序，可以更改編號的順序，默認順序為從上往下、從左往右的編號遞增；

（5）適用于多樣化的編號要求，對芯片中編號的尺寸、位置和編號方式可以按照具體要求進行變化。

通過芯片自動編號技術(shù)在實際生產(chǎn)的應(yīng)用實踐，表明此技術(shù)不僅可以降低人工編號失誤的風(fēng)險，還可以大大降低編號的工作量，提高工作效率，具有較大的應(yīng)用價值。同時通過對數(shù)據(jù)處理軟件的二次開發(fā)證明了借助信息化技術(shù)對現(xiàn)有EDA 軟件進行功能拓展，能夠切實提高光刻版版圖數(shù)據(jù)處理能力和提升處理效率，有助于半導(dǎo)體制造技術(shù)的進一步發(fā)展，因此光刻版數(shù)據(jù)處理EDA 軟件將朝著更加自動化，智能化的方向發(fā)展。