IC制造材料和工艺的巨大变化

Rama Puligadda，首席技术官布鲁尔科学《半导体工程》(Semiconductor Engineering)与我们一起讨论了半导体制造、封装和材料方面的一系列广泛变化，以及这些变化将如何影响整个供应链的可靠性、工艺和设备。

SE:牺牲材料在半导体制造中扮演什么角色，在新的工艺节点上有什么变化?

Puligadda:我们谈论的是执行某些功能的材料，这些功能使制造过程得以实现，然后被移除。其中一个挑战 新的节点是这些薄膜变得越来越薄。我们在单纳米范围内的这些薄膜，预计他们将继续均匀和无缺陷。另一个重要的挑战是在没有偏差的情况下实现大范围特征的平面化，并填补大的或高的纵横比空白。对于未来的大多数节点，结构将继续变得更高。此外，还需要承受非常高的加工温度。

SE:现在的质量是以千万亿分之一来衡量的，对吧?

Puligadda:没错。我们的材料被期望在涂覆和去除后晶圆上没有任何缺陷。

SE:与此相关，Brewer Science在几年前指出，供应链中并不是所有人都专注于半导体，所以他们的纯度目标不够严格。这种情况有改善吗?

Puligadda:是的，但是我们仍然需要推动我们的供应商达到他们以前甚至不知道的标准，尤其是那些主要为不同行业生产材料的供应商。他们从来不用担心千万亿分之一。不过，这在我们的供应商中是相对较少的。目前，大多数产品的质量都很好，在不可能找到那种纯度的地方，我们正在努力实现垂直整合，这样我们就可以自己生产那些高质量的单体和原材料。

SE:关于平面化材料，它们被用于哪些步骤?在通孔和连接处是否有祭祀材料?

Puligadda:不总是这样。但在很多情况下，他们必须做额外的处理，这样他们才能在晶圆的其他区域制造结构，或者在他们已经建造的结构上制造结构。这是他们想要一种材料暂时填补缺口或使下面的结构平面化。这些物质必须被去除，不能有残留，当我们移动到更小的节点时，这是最大的挑战之一。

SE:这是怎么做到的?

Puligadda:它可以是湿的或干的，这取决于结构。高棱角结构可能非常脆弱，必须通过清洗过程加以保护，所以它们不能使用搅拌或任何苛刻的东西。任何湿或干的组合都是可能的。

SE:你是否发现了先进包装带来的新问题?

Puligadda我们看到的最新趋势是混合键合。这需要极其平坦、无缺陷的表面，以便可靠地将它们结合在一起。

SE:基本上，你要尝试均匀地融化铜，但在过去，你可能会在10亿个芯片的运行中完善这一过程。现在，我们看到了更小批量的定制设计，并有可能进行移模。这是否像大家最初认为的那样是个大问题?

Puligadda移模是一个主要的挑战。过去，整个系统都在一个芯片上。现在他们把它分解成小块。我们可以把它们放在一起，或者放在一起，或者放在我们需要在包中集成各种功能的任何地方。基本上就是异构集成。我们将一个芯片连接到另一个芯片上，或者在晶圆上，在这些非常小的尺寸上，你不能有任何模移。我们正在这个领域工作，有一些技术可以让它成为可能。

SE:能举个例子吗?

Puligadda一种方法是在临时载体上涂上粘合剂材料，并在载体上填充模具。你可以做过模或附加其他模具，或附加到晶圆上，你可以这样做而不改变模具。我们可以做任何需要做的事情只要骰子的位移很小。但随着模具尺寸的减小，在某些应用中，这些可能非常小，那么这不是最好的解决方案。它可以工作，但不是很优雅。因此，我们正在研究更优雅的解决方案，您可以将晶圆直接连接到晶圆上，随着时间的推移，这将降低客户的成本。

SE: RDL中添加的电路越多，难度就越大吗?基本上，你在晶圆片的两边都建立了它。

Puligadda这取决于整体的包装方案。如果你先构建RDL，我们有材料可以做到。在放下芯片之前，可以在载体或基板上构建RDL。我们确实在用我们的一些材料实现这一点，这些材料可以被去除，没有残留。

SE:在晶圆背面添加衬垫会有问题吗?

Puligadda我可以理解为什么需要这样做，因为他们必须为现在小得多的设备供电。如果你把线路做得太小，你需要把电力输送网络放在某个地方。他们也利用晶圆片的背面来做到这一点。还有其他的挑战。因为你已经在前端构建了你的设备，所以你需要在不损坏前面任何东西的情况下在后面做这件事。

SE:在粘接/脱粘、牺牲材料与永久材料、小片、异质集成的机械应力之间有很多活动部件。前景如何?

Puligadda:这变得越来越复杂，特别是因为我们正在处理晶圆、基板和面板的多维集成。

图1:临时键合对于超薄晶圆处理至关重要。来源:Brewer Science

SE:你几乎需要一份所有这些不同部分的蓝图，对吗?

Puligadda:可以，而且粘接过程不能与脱粘过程或两者之间的过程解耦。一旦你结合晶圆，你可能会得到一种材料，它必须承受非常高的温度，或者它需要抵抗化学物质，因为有一些非常强烈的化学物质被使用。然后你可能有一些东西需要在室温下结合，但它也能承受高温，然后在室温下脱胶。你可以实现所有这些-非常低的压力结合所有这些中间过程都是非常高的压力和苛刻的-但这需要非常聪明的材料设计才能做到这一点。

SE:在汽车领域，粘结剂还必须承受强烈的振动和其他机械应力，布鲁尔科学公司在这方面投入了多少?

Puligadda我们有一些永久粘接的产品。它们一直存在于设备上，并且必须在设备的整个生命周期和用例中证明是可靠的。汽车领域是极其严格的，材料必须经过非常广泛的认证过程。

SE:其中一项新技术是光子脱粘。这是什么?为什么它现在变得越来越重要?

Puligadda:我们已经做了大约15年的临时粘合，我们开始使用穿孔晶圆进行化学去除。然后我们提出了滑动脱胶，在那里你融化粘合剂和滑动载体对晶圆分离。然后我们继续进行机械脱胶，在载体一侧引入一些释放层，这允许你在所有处理完成后机械分离它们。然后是激光脱粘，我们放入释放层，它对激光有反应。现在我们正在研究所谓的光子脱粘，它使用紫外线而不是激光。我们的目标是能够只进行一次曝光，而不必像激光那样使用光栅。这对拥有成本更有利。

SE:芯片会对你们的战略产生什么影响?

Puligadda:当我们刚开始时，主要是晶圆级的加工，所以我们开发了临时的晶圆与晶圆之间的键合和脱粘。由于芯片的出现，它已经演变成更多的晶片对晶片或晶片对晶片。我们仍然在做临时的键合，但是是小芯片，或者小芯片，直到它们键合到另一个晶圆或另一个芯片上，这就是它现在的样子。但这也需要在材料的设计上做很多改变，因为我们现在处理的是更小的碎片。

SE:所以这种影响是由于较小的维度造成的，对吗?

Puligadda:是的，所以我们有了新的考虑。在过去，我们更担心研磨、削屑和对准。现在，除了对中，我们还必须处理移模和清洗。

SE:变化是如何影响这一切的，尤其是材料?

Puligadda变化表现在许多不同的方面。每个人都有不同的计划，有多种方式来实现您在包中寻找的东西。我们的目标始终是性能、功率、面积和成本，那么实现这些目标的最佳组合是什么呢?我们在不同的模具化合物中看到了重新配置的晶圆，而这些模具化合物在各地都不相同。它们在某些情况下非常灵活，在其他情况下非常僵硬，在一种情况下高度紧张，而在另一种情况下则没有。除了工艺方案、材料和工艺技术的不同可变性外，我们还必须处理所有这些问题。

SE:它也是相加的，对吧?单独的这些可能会导致一个问题，但多种来源的变化可能会导致问题。

Puligadda:是的，这是正确的。

SE:这需要新的设备吗?

Puligadda:是的。对于非常薄的晶圆或重新配置的晶圆，将需要新的设备。不过，这不仅仅是处理极薄的衬底。你希望它们非常干净，但你如何清洁如此薄而细腻或高度紧张的东西呢?我们已经看到了混合键的巨大需求。

SE:你提到了重新配置的晶圆。那些是什么?

PuligaddaeWLB是它的原始形式，其中芯片嵌入在聚合物模具化合物中，以便能够使用它周围的区域进行RDL。

SE:半导体制造业中发生的大多数事情都严重偏重于减法，而不是在晶圆或晶圆上增加结构。你认为更多的附加方法会在商业上可行吗?

Puligadda:我们已经开始看到人们开始认真对待材料的添加性或选择性沉积，而不是放下一层毯子，把它定型，然后去掉他们不想要的区域。当蚀刻在这些非常薄的层上时，你会在一个非常薄的蚀刻停止点上，或者在一个非常非常薄的不同的层上。这给错误或超调留下了很小的余地。我们已经讨论过选择性沉积在一个或另一个领域，我们正在接近增材制造或增材加工。我们还没到那一步。与此同时，我不认为图案和蚀刻会很快消失。

SE:当我们开始使用高na EUV时，材料方面有什么变化?

Puligadda:我们已经做了一个高na EUV的模型，以及它将带来的挑战。有一些工具可以模拟这种情况，我们也一直在努力识别挑战。但现在推出这项技术的产品还为时过早。

SE:你们主要是在做高na EUV的底层吗?

Puligadda:是的，大部分是这样。我们希望实现客户的路线图。大多数人都非常明确地表示，他们将追求高na，甚至可能在多重模式之前。因此，我们正在与我们的客户和Imec密切合作，以保持这一路线图。

SE:你认为面板层面的扇出将走向何方?这是真的吗?

Puligadda:量不大，但有些人在为某些特定类型的设备做这件事。我们的临时和永久粘合材料工作，无论它是一个面板或晶圆。我们只是需要找到不同的方法把它们放在更大的结构上。

SE:在继续缩小到3/2/1nm时，有什么新问题吗?

Puligadda对于材料，它正在学习如何精确地沉积这些薄膜，并精确地去除它们，就像沉积和蚀刻一样。总的来说，这是整个行业面临的最大挑战。达到所需的精度可能需要新的设备。这些新节点将需要各种各样的新材料和工艺，我们必须学会使用，从不同的化学物质到不同的温度条件。当我们真正研究二维材料时，在某个时间点上，我们只会有一到两层原子层。将会有新的接口来处理更精细的结构。

SE:在最先进的节点上，公差是非常严格的，材料需要非常纯净。持续的规模扩张将对供应链产生什么影响?

Puligadda设备结构本身会有一些变化，这将产生一些我们必须解决的新模式需求。你需要非常聪明的材料设计，因为你必须能够放下它，承受它将要经历的所有过程，然后在任何地方都没有附加的特征。这需要巧妙的设计，也需要非常高的制造质量。

SE:从更高的抽象层面来看，设计有两个方向。一个更细粒度，另一个更整体。材料有多好?从一个完整的芯片到一个完整的晶圆，它做得如何?但是，你还得担心芯片是否正确地安装在衬垫上，所有的连接是否都正确地完成了?有很多部分需要一起工作，对吧?

Puligadda:是的，我们不能只担心我们的作品。我们必须担心整个系统，整个过程，因为作为连接材料或牺牲材料的东西在整个过程中都有影响，甚至对设备本身来说，如果某些东西没有被正确移除。

SE:这对不同的流程有什么影响?

Puligadda在过去，包装方从来不跟前排说话。它们完全断开了连接。但现在他们认识到，前端发生的事情会影响后端，所以现在他们必须更紧密地合作。所以晶圆厂正在设定要求，他们也在提供更多的反馈。

SE:从Brewer Science的角度来看，最有趣的变化是什么?

Puligadda这是新型材料的问题。没有新材料和材料创新，我们就无法实现新的路线图。我们正致力于用新材料实现所有这些路线图，无论是用于制造还是留在设备上的材料。

SE:成本是一个大问题吗，尤其是像钼这样的新材料?

Puligadda:是的，但对钌有一定的好处，而对钼则有另一套好处。所以很难决定使用这些优势中的哪一个。

SE:还有很多关于EUV和高na EUV的线边缘粗糙度的担忧。在材料方面发生了什么来解决这个问题?

Puligadda:有很多工作正在进行在EUV抵抗领域。它从CARs(化学放大抗蚀剂)开始，然后转向金属氧化物抗蚀剂和其他不使用CARs的化学物质。还有一些基于CVD的抗蚀剂声称具有更好的粗糙度，并克服了CAR抗蚀剂所面临的其他挑战。EUV有很多可能性，而且处处都有权衡。EUV是一个没有通用解决方案的地方。对于接触孔或线条和空间图案，您需要特定的图案层。你不能只适合其中一个。在这一点上有各种各样的可能性。