概述
Full Mask和MPW都是積體電路的一種流片(將設計結果交出去進行生產製造)方式。Full Mask是“全掩膜”的意思,即製造流程中的全部掩膜都為某個設計服務;而MPW 全稱為Multi Project Wafer,直譯為多項目晶圓,即多個項目共享某個晶圓,也即同一次製造流程可以承擔多個IC設計的製造任務。
聯繫與區別
在IC設計和生產流程中,Fabless設計者一般會將積體電路設計的最終結果以GDSII格式記錄的電路版圖數據交給Foundry,這個動作叫做Tape Out,俗稱流片(投片)。代工廠根據積體電路版圖對半導體晶圓進行加工,加工的過程非常複雜,包括通過氧化、化學刻蝕、離子注入摻雜、金屬澱積等方法製造出電晶體和互連線,除此之外,可以簡單地理解為整個過程就是把版圖(包括形狀、尺寸、層次)複製到一塊半導體薄片中,其原理類似於膠片照相機的成像和沖洗過程,其中用到大量的各種形狀的遮光罩,這些光罩決定了在半導體平面上各個層次的圖形形狀,在積體電路製造中被稱為Mask,俗稱“光罩”或“掩膜”。
單次生產某個晶片的成本可以簡單地以所使用到的Mask的數量來表征,用到的Mask越多說明晶片規模越大、越複雜,成本也就越高。相應地,Full Mask就是指整個晶圓製造過程中的全部Mask都是為某個晶片所用,顯然這次投片的成本是很高的。只有在設計完全有把握成功並且準備大批量生產、商用的時候,才會採用Full Mask方式,因為批量生產可以降低成本。
但是晶片設計往往是難度很大的,特別是對應新的研究課題,可能要經歷多次投片才能進入商用。而為了跟上摩爾定律,Foundry升級換代所需的設備和技術研發的投資不斷增大,基於盈利的考慮,Foundry更傾向於對產量大的積體電路設計提供生產加工服務。同時,由於Foundry對先進生產線的投資巨大,必然會將其成本轉嫁到客戶的投片費用上,對積體電路設計者來說,到Foundry生產線上製造晶片的費用也在不斷上漲,如今投一次片的費用動輒就幾百萬至上千萬元。如果設計中存在問題,那么製造出來的所有晶片可能全部報廢,損失是巨大的。對很多Fabless來說,其設計通常難於實現一次投片就獲得成功批量商用,因此需要有小批量的樣片生產需求,另外還有院校、科研機構和獨立設計者,並不需要將晶片規模商用,只需要生產少量晶片來驗證其設計結果。因此產生了MPW。
MPW的重要意義
MPW為Multi Project Wafer的縮寫,直譯為多項目晶圓;其主要思想是將多個使用相同工藝的積體電路設計放在同一晶圓片上流片,製造完成後,每個設計可以得到數十片晶片樣品,這一數量對於原型(Prototype)設計階段的實驗、測試已經足夠。而該次製造費用就由所有參加MPW的項目按照晶片面積分攤,成本僅為單獨進行原型製造成本的5%-10%,極大地降低了產品開發風險。MPW有一定的流程,通常由Foundry或者第三方服務機構來進行組織,各種工藝在某一年之中的MPW時間點是預先設定好的,因此對參與者來說,在設計和開發方面有一定的進度壓力。但是相比之下,MPW帶來的好處是顯而易見的,採用多項目晶圓降低了積體電路的生產成本,為設計人員提供了實踐機會,並促進了積體電路設計成果轉化,對IC設計人才的培訓,中小設計公司的發展,以及新產品的開發研製都有相當大的促進作用。