国际半导体技术发展路线图2008年更新版综述（五）

王洪波译

3.11 装配和封装

三维电子器件的快速发展,系统级封装(SiP)和其它帮助实现“More than Moore”的新技术,导致了路线图中“装配和封装”的加速发展。在2009版ITRS中,将增加或扩展几节新的内容,以应对这些新兴的技术。这些新内容在2008年的表格更新中进行了初步的讨论。

主要的变化包括:

●片上的光学互连和SiP内部的芯片间互连,在2011年作为量产技术加入。

●对表AP3和AP4中进行了修改,以反映专门技术的键合节距的变化。在某些情况下,是受需求的推动而不是能力的推动。

●加入了一个新的技术需求表,表AP4b,以应对与翘曲相关的日益严重的问题,及其对装配的影响。

●表AP5a、AP5b和AP5c进行了修改,以进一步澄清路线图的聚合体封装基板和某些高温器件类型使用的玻璃-陶瓷基板路线图之间的区别。

●表AP9进行了重构,以提供对替代2007版技术需求表的定性的信息。

●对表AP10进行了修改以提供更加详细的细节,并根据主要的工艺类型分成几节。

●对表AP11进行了修改,加入了元件尺寸、再流焊温度和其它为满足SiP要求而改变的参数。

●在表AP15中加入了有源光缆。这个表及相关的文字内容将在2009版ITRS中进行重大的修订,以反映SiP和系统互连中加入的光学互连。

●由于认识到不同的光电应用具有不同的封装挑战,因此表AP16已经根据应用分节。

●表AP10正在经历重大的修订,这将在2009版ITRS中加入。

●表AP21:增加了汽车电子工作环境规范。这个材料在2007年进行了处理,但是随着电动汽车和混合动力汽车中电子器件的不断增加,需要有带有数值的技术需求表。这个内容将在2009版ITRS中进行大幅度的扩展。

在2008年的“装配和封装”技术需求表中,进行了大量的微小的修订。在这一版的更新中发现的最为重要的内容与2009版ITRS正在进行的重大修订相关。在2009版中,将加入对材料、工艺和设计变动的更加详细的讨论,以应对3D电子器件和“More than Moore”时代的功能多样化需求。

3.12 环境、安全和保健

在2008版ITRS更新中,“环境、安全和挑战”一章的主要关注焦点是更新路线图的能量和水资源节约的需求。使用修订的数据和分析模型,这些领域的现有(2007版ITRS)数值显然有可能是互相冲突的(满足一个目标有可能会影响另一个目标)。从分析中也可发现,水和能量的使用是相关的,因此必须要有具体数值来反映这种相关性。

现场耗水量减少的目标需求是为了保证依赖于这个资源的半导体工业的可持续发展。2008年的更新包括整体消耗的减少值。再循环目标目前暂时保持不变,在2009版中可能会有更多的深入分析。

能耗方面也反映了和水消耗类似的考虑,以保证能够支持半导体工业的可持续性发展。总的工厂级的能耗值已经降低,而短期内设备的能耗值会有增加,这反映了下一代的设备组的应用。远期的工具能耗值则保持不变或下降,这不包括EUV设备的可能的影响。工厂设备能量值也被确立以2007年的能耗值作为基础来描述,而非能耗的绝对值。

在2009版ITRS中,将仔细考察这些能量和水消耗的调整,以确认它们能够精确地反映技术的本质和需求。全部的超纯水和相关的水循环/回收率将使用最新的数据和模型来评估。

对2009年来说,ESH一章的最关键的领域将是如何决定技术需求,以便能够有效地表现ESH政策(政府和公众)对材料的影响。这些路线图需求必须要包括工业界不断演化的技术需求和它们对ESH需求的影响(标准、规章制度和公众政策),以及外部ESH需求对不断演化的技术的影响。努力将包括对每个技术领域的评估,以决定哪里有影响,或可能出现影响。

最后,2009年的工作将包括最终开发出来的对ESH风险的排序方案,用于ESH技术需求。将努力对ESH需求进行特征分析,这对制造技术的实现来说是非常关键的,和那些能够延缓技术极限的出现或提高以前技术代的技术一样重要。

3.13 成品率的提高

关键的挑战与最新的技术开发和2008年成品率提高技术工作组认识到的困难和挑战相对应。最终要的挑战是对多种致命缺陷的探测以及信噪比。探测多种致命缺陷的挑战并同时以高捕获率、低拥有成本和高吞吐率来区分它们,是一个挑战。此外,在存在大量的噪扰和伪缺陷的情况下找到与成品率相关的缺陷是一个令人生畏的挑战。作为一个第二重要的新挑战,提出了对3D检测的需求。这需要检测工具不但有能力检测高深宽比的结构,而且还能够检测非目视缺陷,例如空洞、内嵌的缺陷和亚表面缺陷,都是非常重要的。仍然保持着对高速度、经济有效的检测工具的需求。随着3D缺陷类型的重要性的增加,对高速和经济有效的检测工具的需求正在变得越来越重要。电子束检测看起来不再是所有任务的解决方案。

其它对成品率提高有挑战的近期课题,依重要性的先后,列写如下:

工艺稳定性和绝对污染水平(包括和成品率之间的联系)之间的关系:需要测试结构、方法和数据以便将晶圆环境和处理方法导致的缺陷和成品率之间建立起联系。这需要决定对气体、化学品、空气、先驱体、超纯水和基板表面清洁度的控制极限。

晶圆边缘和斜面的监控和污染的控制:找到导致成品率问题的晶圆边缘和晶圆斜面处的缺陷和工艺问题。当前,监控和污染控制方法需要大量的开发工作。

在远期,确定的关键挑战如下:

非目视缺陷和工艺离散性:由于非目视缺陷和工艺离散性导致的成品率损失的增加,需要方法、诊断和控制方面的新方法。这包括系统性的成品率损失和版图特性之间的联系。逻辑区域中特征图形的不规则形使得它们对系统成品率损失机制都非常敏感,例如,在光刻工艺窗间图形生成工艺的离散性。

在线缺陷特征分析:基于对更小的缺陷尺寸和特征分析的工作需求,需要对光学系统和能散X射线光谱学系统的替代技术,以便能够进行高吞吐率在线特征分析和对比特征尺寸更小的缺陷的分析。待分析的数据量大幅度增加,因此,对数据描述的新方法的需求和对保证质量的需求也大幅度增加。

基于模型的设计-制造界面的开发:由于光学邻近校正Optical Proximity Correction,OPC)和高复杂度集成的应用,模型必须要包括更大的参数化敏感度、超薄膜完整性、电路设计的影响、更大的晶体管封装密度等。

“闪存成品率”的影响因素非常复杂。成品率因子包括系统损失,以及由于电学特征(例如耐久性、循环时间等)造成的损失。在2009版ITRS,将需要更详细的讨论,包括适当的模型等。

可制造性设计(Design for Manufacturability,DFM)是一个2009年需要考虑的关键问题。应该在2009版ITRS的“成品率提高”一章中包括适当的模型和表格,以便和ITRS的其它章取得一致。

“成品率提高”一章包括三节,分别是:缺陷预算和成品率模型、缺陷探测和特征分析,以及晶圆环境和污染控制。2008年的主要工作是对技术需求表进行控制和更新。对这些变化总结如下:

缺陷预算和成品率模型

本版的更新包括对基于当前技术代的关键尺寸数值的缺陷预算而进行的重新计算,以保持和ORTC的兼容性。变化源于对DRAM芯片尺寸的重要更新和按比例缩小趋势的变化。当前,向“闪存”作为技术驱动的转化尚未开始。国际技术工作组需要有能够使用更新的每批晶圆颗粒数数据的解决方案,或在未来向设备供应商和集成的器件制造商提供每批晶圆的颗粒控制极限和可容忍的颗粒数的解决方案。对远期的挑战——开发基于模型的设计-制造界面,需要在不远的未来讨论以下问题:应该在设计阶段就开始运行很多模型。例如,光学邻近校正、阱邻近、应力邻近、CMP等。模型的数量看起来正在快速增加。模型不仅需要精度,而且还需要对模型之间的折衷进行优化。

缺陷探测和特征分析

根据缺陷检测和探测的最新进展,对表YE6、7、8进行了仔细的检查。本节和“光刻”及“前端工艺”技术工作组讨论的最新需求相一致。将技术需求表转化为“闪存”需求的工作已经结束,这是因为“闪存”具有最先进的技术,因此,它是检测检验设备规范的最激进的驱动因素。在表YE7中,加入了线条边缘测量的规范。对表YE8进行了扩展,加入了对扫描电镜所需的规范,和对斜面和边缘的光学顺序检测的规范。特别地,这个变化强调了对成品率的影响,和对斜面/边缘造成的缺陷的根本原因的分析。

晶圆环境和污染控制

和“互连”及“前端工艺”技术工作组的讨论帮助我们找到选定的FEOL和BEOL薄膜化学品先驱体,当前用于高产量的制造工艺。表YE9中包括了几种表中更新的先驱体,具有初步选定的关键质量参数,以支持高成品率制造。

表YE9中的“超纯水”一节强调了对超纯水中颗粒的计量能力的缺乏,以支持“前端工艺”的缺陷目标所确立的目标。需要进一步的工作以理解来自超纯水的颗粒沉积,以及超纯水中有机物的形成。对超纯水重金属沉积的理解方面的重要进展将在2009年修订版中加入。

在“空降分子污染”一节,增加了计量环境的规范。“化学品”一节继续提供理解有机污染物影响的指导。