國際半導體技術發展路線圖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展,系統級封裝(SiP)和其它幫助實現“More than Moore”的新技術,導致了路線圖中“裝配和封裝”的加速發展。在2009版ITRS中,將增加或擴展幾節新的內容,以應對這些新興的技術。這些新內容在2008年的表格更新中進行了初步的討論。

主要的變化包括:

●片上的光學互連和SiP內部的芯片間互連,在2011年作為量產技術加入。

●對表AP3和AP4中進行了修改,以反映專門技術的鍵合節距的變化。在某些情況下,是受需求的推動而不是能力的推動。

●加入了一個新的技術需求表,表AP4b,以應對與翹曲相關的日益嚴重的問題,及其對裝配的影響。

●表AP5a、AP5b和AP5c進行了修改,以進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別。

●表AP9進行了重構,以提供對替代2007版技術需求表的定性的信息。

●對表AP10進行了修改以提供更加詳細的細節,并根據主要的工藝類型分成幾節。

●對表AP11進行了修改,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。

●在表AP15中加入了有源光纜。這個表及相關的文字內容將在2009版ITRS中進行重大的修訂,以反映SiP和系統互連中加入的光學互連。

●由于認識到不同的光電應用具有不同的封裝挑戰,因此表AP16已經根據應用分節。

●表AP10正在經歷重大的修訂,這將在2009版ITRS中加入。

●表AP21:增加了汽車電子工作環境規范。這個材料在2007年進行了處理,但是隨著電動汽車和混合動力汽車中電子器件的不斷增加,需要有帶有數值的技術需求表。這個內容將在2009版ITRS中進行大幅度的擴展。

在2008年的“裝配和封裝”技術需求表中,進行了大量的微小的修訂。在這一版的更新中發現的最為重要的內容與2009版ITRS正在進行的重大修訂相關。在2009版中,將加入對材料、工藝和設計變動的更加詳細的討論,以應對3D電子器件和“More than Moore”時代的功能多樣化需求。

3.12 環境、安全和保健

在2008版ITRS更新中,“環境、安全和挑戰”一章的主要關注焦點是更新路線圖的能量和水資源節約的需求。使用修訂的數據和分析模型,這些領域的現有(2007版ITRS)數值顯然有可能是互相沖突的(滿足一個目標有可能會影響另一個目標)。從分析中也可發現,水和能量的使用是相關的,因此必須要有具體數值來反映這種相關性。

現場耗水量減少的目標需求是為了保證依賴于這個資源的半導體工業的可持續發展。2008年的更新包括整體消耗的減少值。再循環目標目前暫時保持不變,在2009版中可能會有更多的深入分析。

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體工業的可持續性發展?？偟墓S級的能耗值已經降低,而短期內設備的能耗值會有增加,這反映了下一代的設備組的應用。遠期的工具能耗值則保持不變或下降,這不包括EUV設備的可能的影響。工廠設備能量值也被確立以2007年的能耗值作為基礎來描述,而非能耗的絕對值。

在2009版ITRS中,將仔細考察這些能量和水消耗的調整,以確認它們能夠精確地反映技術的本質和需求。全部的超純水和相關的水循環/回收率將使用最新的數據和模型來評估。

對2009年來說,ESH一章的最關鍵的領域將是如何決定技術需求,以便能夠有效地表現ESH政策(政府和公眾)對材料的影響。這些路線圖需求必須要包括工業界不斷演化的技術需求和它們對ESH需求的影響(標準、規章制度和公眾政策),以及外部ESH需求對不斷演化的技術的影響。努力將包括對每個技術領域的評估,以決定哪里有影響,或可能出現影響。

最后,2009年的工作將包括最終開發出來的對ESH風險的排序方案,用于ESH技術需求。將努力對ESH需求進行特征分析,這對制造技術的實現來說是非常關鍵的,和那些能夠延緩技術極限的出現或提高以前技術代的技術一樣重要。

3.13 成品率的提高

關鍵的挑戰與最新的技術開發和2008年成品率提高技術工作組認識到的困難和挑戰相對應。最終要的挑戰是對多種致命缺陷的探測以及信噪比。探測多種致命缺陷的挑戰并同時以高捕獲率、低擁有成本和高吞吐率來區分它們,是一個挑戰。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的缺陷是一個令人生畏的挑戰。作為一個第二重要的新挑戰,提出了對3D檢測的需求。這需要檢測工具不但有能力檢測高深寬比的結構,而且還能夠檢測非目視缺陷,例如空洞、內嵌的缺陷和亞表面缺陷,都是非常重要的。仍然保持著對高速度、經濟有效的檢測工具的需求。隨著3D缺陷類型的重要性的增加,對高速和經濟有效的檢測工具的需求正在變得越來越重要。電子束檢測看起來不再是所有任務的解決方案。

其它對成品率提高有挑戰的近期課題,依重要性的先后,列寫如下:

工藝穩定性和絕對污染水平(包括和成品率之間的聯系)之間的關系:需要測試結構、方法和數據以便將晶圓環境和處理方法導致的缺陷和成品率之間建立起聯系。這需要決定對氣體、化學品、空氣、先驅體、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控和污染的控制:找到導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。當前,監控和污染控制方法需要大量的開發工作。

在遠期,確定的關鍵挑戰如下:

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。這包括系統性的成品率損失和版圖特性之間的聯系。邏輯區域中特征圖形的不規則形使得它們對系統成品率損失機制都非常敏感,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:基于對更小的缺陷尺寸和特征分析的工作需求,需要對光學系統和能散X射線光譜學系統的替代技術,以便能夠進行高吞吐率在線特征分析和對比特征尺寸更小的缺陷的分析。待分析的數據量大幅度增加,因此,對數據描述的新方法的需求和對保證質量的需求也大幅度增加。

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

“閃存成品率”的影響因素非常復雜。成品率因子包括系統損失,以及由于電學特征(例如耐久性、循環時間等)造成的損失。在2009版ITRS,將需要更詳細的討論,包括適當的模型等。

可制造性設計(Design for Manufacturability,DFM)是一個2009年需要考慮的關鍵問題。應該在2009版ITRS的“成品率提高”一章中包括適當的模型和表格,以便和ITRS的其它章取得一致。

“成品率提高”一章包括三節,分別是:缺陷預算和成品率模型、缺陷探測和特征分析,以及晶圓環境和污染控制。2008年的主要工作是對技術需求表進行控制和更新。對這些變化總結如下:

缺陷預算和成品率模型

本版的更新包括對基于當前技術代的關鍵尺寸數值的缺陷預算而進行的重新計算,以保持和ORTC的兼容性。變化源于對DRAM芯片尺寸的重要更新和按比例縮小趨勢的變化。當前,向“閃存”作為技術驅動的轉化尚未開始。國際技術工作組需要有能夠使用更新的每批晶圓顆粒數數據的解決方案,或在未來向設備供應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的解決方案。對遠期的挑戰——開發基于模型的設計-制造界面,需要在不遠的未來討論以下問題:應該在設計階段就開始運行很多模型。例如,光學鄰近校正、阱鄰近、應力鄰近、CMP等。模型的數量看起來正在快速增加。模型不僅需要精度,而且還需要對模型之間的折衷進行優化。

缺陷探測和特征分析

根據缺陷檢測和探測的最新進展,對表YE6、7、8進行了仔細的檢查。本節和“光刻”及“前端工藝”技術工作組討論的最新需求相一致。將技術需求表轉化為“閃存”需求的工作已經結束,這是因為“閃存”具有最先進的技術,因此,它是檢測檢驗設備規范的最激進的驅動因素。在表YE7中,加入了線條邊緣測量的規范。對表YE8進行了擴展,加入了對掃描電鏡所需的規范,和對斜面和邊緣的光學順序檢測的規范。特別地,這個變化強調了對成品率的影響,和對斜面/邊緣造成的缺陷的根本原因的分析。

晶圓環境和污染控制

和“互連”及“前端工藝”技術工作組的討論幫助我們找到選定的FEOL和BEOL薄膜化學品先驅體,當前用于高產量的制造工藝。表YE9中包括了幾種表中更新的先驅體,具有初步選定的關鍵質量參數,以支持高成品率制造。

表YE9中的“超純水”一節強調了對超純水中顆粒的計量能力的缺乏,以支持“前端工藝”的缺陷目標所確立的目標。需要進一步的工作以理解來自超純水的顆粒沉積,以及超純水中有機物的形成。對超純水重金屬沉積的理解方面的重要進展將在2009年修訂版中加入。

在“空降分子污染”一節,增加了計量環境的規范?！盎瘜W品”一節繼續提供理解有機污染物影響的指導。