聚焦半导体微纳测温，力促产品技术落地--访上海大学教授陈娜

“2024中国检测技术与半导体应用大会暨半导体分析检测仪器与设备发展论坛”于2024年7月11-13日在上海虹桥新华联索菲特大酒店隆重举行。

大会以“大会报告+分会报告+产品展览+高校科技成果展示+学术墙报+晚宴交流”的形式召开，91个口头报告专家及15个提供墙报的学生，分别来自于半导体检测领域知名科研院校、半导体制造企业、半导体检测企业等。大会设立了包括集成电路晶圆级缺陷检测技术、半导体器件可靠性及失效分析、集成电路先进制造及封装技术、半导体检测设备及核心零部件等在内的15个分会场报告，多样的报告主题讨论极大促进了与会者之间的互动交流和融合创新。会场外也精心布置了国内多家知名企业展位，如安捷伦、珀金埃尔默、北方华创等，他们纷纷展示了各自在半导体量检测领域的新技术、新设备。

会议期间，仪器信息网特别采访了上海大学陈娜教授。在采访中，陈老师首先向我们介绍了她目前的研究方向以及该技术在半导体行业中的具体应用，接下来陈老师还谈到了她对高校技术产品到市场实际应用转化问题的思考。最后，就测温技术在后摩尔定律时代的发展做了讨论和交流分享。

以下是现场采访视频：

先进光纤测温，把温度测的更准

仪器信息网：能否简单介绍下您近期的研究方向或研究计划？

陈老师：我们现在在上海大学通信学院特种光纤与光接入网重点实验室，目前主要关注的是微纳米区的测温的问题，那么我们认为在半导体行业里面，从器件的设计到后续的工艺到制备、测试、封装等等，在整个的流程中温度或者是热问题一直都是一个非常重要的问题，热管理或者等等这样的一些会贯穿整个工艺的始终。那么在这个过程中，因为我们研究的背景是做特种光纤以及光纤传感，所以我们觉得我们可能可以为半导体这个行业提供一种新的基于先进的我们的光纤测温的这样的一种技术，所以我们大概几年以来一直在努力朝着怎么样把温度测准，然后能够得到高的时间分辨率和空间分辨率这样的一个微纳米区域的测温，就是为我们的主要的研究的方向和目标。 

微纳尺度上器件热问题的解决方案

仪器信息网：您的研究成果解决了哪些问题？能否再详细谈谈，这对半导体产业产生了哪些影响？

陈老师：我们目前做的研究方向是把我们的光纤传感器做到微纳级的这样的一个尺寸。那么做到这样的一个微纳级尺寸以后，它跟我们的扫描探针显微镜的结合，那也就是我们目前正在研发的原位温场检测仪，那么就可以实现一些在微纳尺度上进行精准测温的应用目标。因为我们知道随着半导体的先进制程的发展，它的这个特征尺寸越来越小，那么可能我们每一个器件它真正如果是发生失效或者是损坏或者是提高良率的话，一定要去关注它的缺陷。那么有一些缺陷，我们可以通过常规的手段能够检测出来，但是有一些缺陷有可能需要在器件正常工作的状态下才能够暴露出来。那么这个时候我们说原位检测，也就是说在这个器件能够上电正常工作的状态下，对它进行检测就非常重要了。而据我们了解，这个热问题，其实是我们所有半导体器件里面失效的主要原因，就是占一半以上的都是由热问题导致器件的失效。所以我们觉得这可能是一个对于整个行业来说，热问题是一个非常重要的问题，我们又能够有这种手段可以去提供这样的一种很好的手段，就是给半导体行业的专家或者是工程师来使用的话，有可能会有一定的价值，所以我们就一直在朝这个方向上去努力。  

那么我们目前为什么会考虑到用光的这种方式或者近场光学光纤探针的方式去做？是因为光的方式本身是一个电磁兼容性非常好的一种技术。那么它可以在我们的器件正常上电工作的情况下，它既不会干扰到器件本身的工作，那么这个器件本身的电磁场它也不会影响到我们的测温技术。所以在这样的一个情况下，我们去努力的去研发这样的一个技术，然后希望它能够为半导体行业，不管是从它的一个器件级，还是到一个电路级，或者甚至可能在后面的集成度，或者是先进的封装工艺出来以后，有可能会带来新的一些就是工艺上或者测试上的一些问题，可能会产生比如说热管理，单位体积的功率密度更高了以后的一些热问题，找到那些微纳区的或者是纳米级的热点方面，我们希望我们的仪器和技术能够提供一个工具，因为实际上我们目前半导体行业里面很多的一个芯片设计都是需要热模型的，至少我们的检测可以通过我们实际的仪器来给它提供热模型的边界条件，那么就可以给他一个验证，很好的验证去知道我这个模型在我想要的工作条件下它是否精准，我们现在有一台原型样机就是在外面布展，我们给它的名称是微纳光纤原位温场检测仪。

走出实验室

仪器信息网：对于这台设备，您觉得最先会在哪个方面快速的投入应用？

陈老师：我觉得从我们的科研级的仪器原型机到真正的应用，可能还是需要有一段路程要走，我们首先可能需要跟做可靠性的这些专家在一起去研究，比如说他们芯片或者是先进的工艺出来的样片，它在我们的实验条件下，我们比如说用电探针给它上电的情况下，然后我们去扫描它的一个区域的热点或者是热场温度的分布，然后再建立我们的一个模型。因为在真正在微纳米级进行测温其实非常难的一个问题，因为在微纳米级到特别是到了纳米级以后，常规的热传导整个科学上的物理机制都会有不同，那么这个时候我们可能既需要实验的测量方法，也需要对应的热模型，那么我们需要跟做可靠性做失效分析等等做这样研究的同行们一起去合作，然后把它从实验室单纯的温度检测或者温场检测，到我们真正能够应用的这一步走通，然后可能才能够会有进一步的推广和应用。

以展会为契机，推动科研技术落地

仪器信息网：将这种很新的技术成果迅速的转化成工程产品，您觉得需要哪些帮助？

陈老师：我觉得像今天这样的大会对我们来讲是一个非常好的合作交流的机会，相当于是首先给了我们一个可以展示我们仪器已有功能的平台，在这样的面对面的跟很多的厂商企业家交流的过程中，我们从科研的角度来讲，我们更关注的是技术，我们可能更关注技术上的指标，然后等等这些，但是我们可能关注的点跟真正在应用层面上的就是这些真正行业的需求上还是有差距的，这一个会议展会的平台，其实就给了我们一个至少让我们接触到做应用的这些行业专家的机会，然后我们通过这种交流，在这个会议之后，肯定还会有进一步深入的合作，或者是看到我们技术到落地这个过程中的难点在哪里，然后要把这些难点一步一步的攻克之后，才能够真正的走向应用，这也是我们来参加这次展会的一个主要的目的。

虽然我们按照我们自己在实验室的想法，是完成了整个的仪器，功能上的实现，但是这个功能实现就是下一步要往哪里走，怎么去迭代，怎么去优化，其实我们觉得应该更贴合我们的行业和我们的企业需求，这样子才是一个正确的方向。所以我们这次来参加展会主要就是来学习的，也非常欢迎各个专家给我们一些指导的建议。

原位温场检测为后摩尔定律时代发展添加新助力

仪器信息网：请结合您的研究方向，谈谈在后摩尔定律时代，半导体量检测技术未来的发展趋势是怎么样的？

陈老师：我觉得未来特别是先进封装等等这些的，随着发展热问题肯定是会越来越凸显的。从我们科研院所来讲，我们提供的往往是在应用之前的这样一个层次的一个新的技术，那么新的技术到真正的落地应用其实有一段距离，而且它可能技术上还会存在一定的风险，这个是必然的，这个部分跨越过这一步，一定是需要我们高校我们科研人员跟企业家和产业界的紧密的这样的一个配合，而且是真真实实的切实的合作才能够去一起走过这一步。

我觉得从技术的发展趋势或者说机遇和挑战这个角度来讲的话，我觉得我们新的技术是一个新的手段，那么我们面临的产业的发展或者是新的先进制程，它出来的也是新的问题。那么这种配合本身就是一种机遇，而且我觉得半导体行业本身就是一个多学科交叉的这么一个领域，我们做仪器更是需要各个方面的知识，现在从我们角度设计出来的这种仪器，那么它也一定要跟他们实际企业的需求结合才能落地，比如说我们现在做的是一个独立的仪器，但是他们本来就有的一个封测的这样的装备，我们可能就会把我们的功能尽可能的就是做成一个模块化的设计，它既能够独立工作，也可以跟他们有一些结合的，具体怎么去配合怎么去结合，这个就需要后续进一步的去努力。

我觉得今天早上也学习了很多行业的目前的技术趋势，作为这种先进封测，我觉得这个是很好的一个技术快速成长的方向，我们肯定也希望能够更多的为这个技术尽我们所能的提供一个选择，我们希望它能够在未来成为一个有力的工具，让大家能够除了模型以外，还得到一个非常真实的精准的温度原位检测，或者是解决这个问题的一个参考的信息。

仪器展示

上海大学 陈娜老师课题组仪器产品：微纳光纤原位温场检测仪

微纳光纤原位温场检测仪内部