國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖2008年更新版綜述（五）

王洪波譯

3.11 裝配和封裝

三維電子器件的快速發(fā)展,系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)和其它幫助實(shí)現(xiàn)“More than Moore”的新技術(shù),導(dǎo)致了路線圖中“裝配和封裝”的加速發(fā)展。在2009版ITRS中,將增加或擴(kuò)展幾節(jié)新的內(nèi)容,以應(yīng)對(duì)這些新興的技術(shù)。這些新內(nèi)容在2008年的表格更新中進(jìn)行了初步的討論。

主要的變化包括:

●片上的光學(xué)互連和SiP內(nèi)部的芯片間互連,在2011年作為量產(chǎn)技術(shù)加入。

●對(duì)表AP3和AP4中進(jìn)行了修改,以反映專門技術(shù)的鍵合節(jié)距的變化。在某些情況下,是受需求的推動(dòng)而不是能力的推動(dòng)。

●加入了一個(gè)新的技術(shù)需求表,表AP4b,以應(yīng)對(duì)與翹曲相關(guān)的日益嚴(yán)重的問題,及其對(duì)裝配的影響。

●表AP5a、AP5b和AP5c進(jìn)行了修改,以進(jìn)一步澄清路線圖的聚合體封裝基板和某些高溫器件類型使用的玻璃-陶瓷基板路線圖之間的區(qū)別。

●表AP9進(jìn)行了重構(gòu),以提供對(duì)替代2007版技術(shù)需求表的定性的信息。

●對(duì)表AP10進(jìn)行了修改以提供更加詳細(xì)的細(xì)節(jié),并根據(jù)主要的工藝類型分成幾節(jié)。

●對(duì)表AP11進(jìn)行了修改,加入了元件尺寸、再流焊溫度和其它為滿足SiP要求而改變的參數(shù)。

●在表AP15中加入了有源光纜。這個(gè)表及相關(guān)的文字內(nèi)容將在2009版ITRS中進(jìn)行重大的修訂,以反映SiP和系統(tǒng)互連中加入的光學(xué)互連。

●由于認(rèn)識(shí)到不同的光電應(yīng)用具有不同的封裝挑戰(zhàn),因此表AP16已經(jīng)根據(jù)應(yīng)用分節(jié)。

●表AP10正在經(jīng)歷重大的修訂,這將在2009版ITRS中加入。

●表AP21:增加了汽車電子工作環(huán)境規(guī)范。這個(gè)材料在2007年進(jìn)行了處理,但是隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中電子器件的不斷增加,需要有帶有數(shù)值的技術(shù)需求表。這個(gè)內(nèi)容將在2009版ITRS中進(jìn)行大幅度的擴(kuò)展。

在2008年的“裝配和封裝”技術(shù)需求表中,進(jìn)行了大量的微小的修訂。在這一版的更新中發(fā)現(xiàn)的最為重要的內(nèi)容與2009版ITRS正在進(jìn)行的重大修訂相關(guān)。在2009版中,將加入對(duì)材料、工藝和設(shè)計(jì)變動(dòng)的更加詳細(xì)的討論,以應(yīng)對(duì)3D電子器件和“More than Moore”時(shí)代的功能多樣化需求。

3.12 環(huán)境、安全和保健

在2008版ITRS更新中,“環(huán)境、安全和挑戰(zhàn)”一章的主要關(guān)注焦點(diǎn)是更新路線圖的能量和水資源節(jié)約的需求。使用修訂的數(shù)據(jù)和分析模型,這些領(lǐng)域的現(xiàn)有(2007版ITRS)數(shù)值顯然有可能是互相沖突的(滿足一個(gè)目標(biāo)有可能會(huì)影響另一個(gè)目標(biāo))。從分析中也可發(fā)現(xiàn),水和能量的使用是相關(guān)的,因此必須要有具體數(shù)值來反映這種相關(guān)性。

現(xiàn)場(chǎng)耗水量減少的目標(biāo)需求是為了保證依賴于這個(gè)資源的半導(dǎo)體工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2008年的更新包括整體消耗的減少值。再循環(huán)目標(biāo)目前暫時(shí)保持不變,在2009版中可能會(huì)有更多的深入分析。

能耗方面也反映了和水消耗類似的考慮,以保證能夠支持半導(dǎo)體工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展?？偟墓S級(jí)的能耗值已經(jīng)降低,而短期內(nèi)設(shè)備的能耗值會(huì)有增加,這反映了下一代的設(shè)備組的應(yīng)用。遠(yuǎn)期的工具能耗值則保持不變或下降,這不包括EUV設(shè)備的可能的影響。工廠設(shè)備能量值也被確立以2007年的能耗值作為基礎(chǔ)來描述,而非能耗的絕對(duì)值。

在2009版ITRS中,將仔細(xì)考察這些能量和水消耗的調(diào)整,以確認(rèn)它們能夠精確地反映技術(shù)的本質(zhì)和需求。全部的超純水和相關(guān)的水循環(huán)/回收率將使用最新的數(shù)據(jù)和模型來評(píng)估。

對(duì)2009年來說,ESH一章的最關(guān)鍵的領(lǐng)域?qū)⑹侨绾螞Q定技術(shù)需求,以便能夠有效地表現(xiàn)ESH政策(政府和公眾)對(duì)材料的影響。這些路線圖需求必須要包括工業(yè)界不斷演化的技術(shù)需求和它們對(duì)ESH需求的影響(標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章制度和公眾政策),以及外部ESH需求對(duì)不斷演化的技術(shù)的影響。努力將包括對(duì)每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的評(píng)估,以決定哪里有影響,或可能出現(xiàn)影響。

最后,2009年的工作將包括最終開發(fā)出來的對(duì)ESH風(fēng)險(xiǎn)的排序方案,用于ESH技術(shù)需求。將努力對(duì)ESH需求進(jìn)行特征分析,這對(duì)制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)來說是非常關(guān)鍵的,和那些能夠延緩技術(shù)極限的出現(xiàn)或提高以前技術(shù)代的技術(shù)一樣重要。

3.13 成品率的提高

關(guān)鍵的挑戰(zhàn)與最新的技術(shù)開發(fā)和2008年成品率提高技術(shù)工作組認(rèn)識(shí)到的困難和挑戰(zhàn)相對(duì)應(yīng)。最終要的挑戰(zhàn)是對(duì)多種致命缺陷的探測(cè)以及信噪比。探測(cè)多種致命缺陷的挑戰(zhàn)并同時(shí)以高捕獲率、低擁有成本和高吞吐率來區(qū)分它們,是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外,在存在大量的噪擾和偽缺陷的情況下找到與成品率相關(guān)的缺陷是一個(gè)令人生畏的挑戰(zhàn)。作為一個(gè)第二重要的新挑戰(zhàn),提出了對(duì)3D檢測(cè)的需求。這需要檢測(cè)工具不但有能力檢測(cè)高深寬比的結(jié)構(gòu),而且還能夠檢測(cè)非目視缺陷,例如空洞、內(nèi)嵌的缺陷和亞表面缺陷,都是非常重要的。仍然保持著對(duì)高速度、經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)工具的需求。隨著3D缺陷類型的重要性的增加,對(duì)高速和經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)工具的需求正在變得越來越重要。電子束檢測(cè)看起來不再是所有任務(wù)的解決方案。

其它對(duì)成品率提高有挑戰(zhàn)的近期課題,依重要性的先后,列寫如下:

工藝穩(wěn)定性和絕對(duì)污染水平(包括和成品率之間的聯(lián)系)之間的關(guān)系:需要測(cè)試結(jié)構(gòu)、方法和數(shù)據(jù)以便將晶圓環(huán)境和處理方法導(dǎo)致的缺陷和成品率之間建立起聯(lián)系。這需要決定對(duì)氣體、化學(xué)品、空氣、先驅(qū)體、超純水和基板表面清潔度的控制極限。

晶圓邊緣和斜面的監(jiān)控和污染的控制:找到導(dǎo)致成品率問題的晶圓邊緣和晶圓斜面處的缺陷和工藝問題。當(dāng)前,監(jiān)控和污染控制方法需要大量的開發(fā)工作。

在遠(yuǎn)期,確定的關(guān)鍵挑戰(zhàn)如下:

非目視缺陷和工藝離散性:由于非目視缺陷和工藝離散性導(dǎo)致的成品率損失的增加,需要方法、診斷和控制方面的新方法。這包括系統(tǒng)性的成品率損失和版圖特性之間的聯(lián)系。邏輯區(qū)域中特征圖形的不規(guī)則形使得它們對(duì)系統(tǒng)成品率損失機(jī)制都非常敏感,例如,在光刻工藝窗間圖形生成工藝的離散性。

在線缺陷特征分析:基于對(duì)更小的缺陷尺寸和特征分析的工作需求,需要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和能散X射線光譜學(xué)系統(tǒng)的替代技術(shù),以便能夠進(jìn)行高吞吐率在線特征分析和對(duì)比特征尺寸更小的缺陷的分析。待分析的數(shù)據(jù)量大幅度增加,因此,對(duì)數(shù)據(jù)描述的新方法的需求和對(duì)保證質(zhì)量的需求也大幅度增加。

基于模型的設(shè)計(jì)-制造界面的開發(fā):由于光學(xué)鄰近校正Optical Proximity Correction,OPC)和高復(fù)雜度集成的應(yīng)用,模型必須要包括更大的參數(shù)化敏感度、超薄膜完整性、電路設(shè)計(jì)的影響、更大的晶體管封裝密度等。

“閃存成品率”的影響因素非常復(fù)雜。成品率因子包括系統(tǒng)損失,以及由于電學(xué)特征(例如耐久性、循環(huán)時(shí)間等)造成的損失。在2009版ITRS,將需要更詳細(xì)的討論,包括適當(dāng)?shù)哪Ｐ偷取?/p>

可制造性設(shè)計(jì)(Design for Manufacturability,DFM)是一個(gè)2009年需要考慮的關(guān)鍵問題。應(yīng)該在2009版ITRS的“成品率提高”一章中包括適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃捅砀?以便和ITRS的其它章取得一致。

“成品率提高”一章包括三節(jié),分別是:缺陷預(yù)算和成品率模型、缺陷探測(cè)和特征分析,以及晶圓環(huán)境和污染控制。2008年的主要工作是對(duì)技術(shù)需求表進(jìn)行控制和更新。對(duì)這些變化總結(jié)如下:

缺陷預(yù)算和成品率模型

本版的更新包括對(duì)基于當(dāng)前技術(shù)代的關(guān)鍵尺寸數(shù)值的缺陷預(yù)算而進(jìn)行的重新計(jì)算,以保持和ORTC的兼容性。變化源于對(duì)DRAM芯片尺寸的重要更新和按比例縮小趨勢(shì)的變化。當(dāng)前,向“閃存”作為技術(shù)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)化尚未開始。國際技術(shù)工作組需要有能夠使用更新的每批晶圓顆粒數(shù)數(shù)據(jù)的解決方案,或在未來向設(shè)備供應(yīng)商和集成的器件制造商提供每批晶圓的顆?？刂茦O限和可容忍的顆粒數(shù)的解決方案。對(duì)遠(yuǎn)期的挑戰(zhàn)——開發(fā)基于模型的設(shè)計(jì)-制造界面,需要在不遠(yuǎn)的未來討論以下問題:應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就開始運(yùn)行很多模型。例如,光學(xué)鄰近校正、阱鄰近、應(yīng)力鄰近、CMP等。模型的數(shù)量看起來正在快速增加。模型不僅需要精度,而且還需要對(duì)模型之間的折衷進(jìn)行優(yōu)化。

缺陷探測(cè)和特征分析

根據(jù)缺陷檢測(cè)和探測(cè)的最新進(jìn)展,對(duì)表YE6、7、8進(jìn)行了仔細(xì)的檢查。本節(jié)和“光刻”及“前端工藝”技術(shù)工作組討論的最新需求相一致。將技術(shù)需求表轉(zhuǎn)化為“閃存”需求的工作已經(jīng)結(jié)束,這是因?yàn)椤伴W存”具有最先進(jìn)的技術(shù),因此,它是檢測(cè)檢驗(yàn)設(shè)備規(guī)范的最激進(jìn)的驅(qū)動(dòng)因素。在表YE7中,加入了線條邊緣測(cè)量的規(guī)范。對(duì)表YE8進(jìn)行了擴(kuò)展,加入了對(duì)掃描電鏡所需的規(guī)范,和對(duì)斜面和邊緣的光學(xué)順序檢測(cè)的規(guī)范。特別地,這個(gè)變化強(qiáng)調(diào)了對(duì)成品率的影響,和對(duì)斜面/邊緣造成的缺陷的根本原因的分析。

晶圓環(huán)境和污染控制

和“互連”及“前端工藝”技術(shù)工作組的討論幫助我們找到選定的FEOL和BEOL薄膜化學(xué)品先驅(qū)體,當(dāng)前用于高產(chǎn)量的制造工藝。表YE9中包括了幾種表中更新的先驅(qū)體,具有初步選定的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù),以支持高成品率制造。

表YE9中的“超純水”一節(jié)強(qiáng)調(diào)了對(duì)超純水中顆粒的計(jì)量能力的缺乏,以支持“前端工藝”的缺陷目標(biāo)所確立的目標(biāo)。需要進(jìn)一步的工作以理解來自超純水的顆粒沉積,以及超純水中有機(jī)物的形成。對(duì)超純水重金屬沉積的理解方面的重要進(jìn)展將在2009年修訂版中加入。

在“空降分子污染”一節(jié),增加了計(jì)量環(huán)境的規(guī)范。“化學(xué)品”一節(jié)繼續(xù)提供理解有機(jī)污染物影響的指導(dǎo)。