在蓬勃發(fā)展的碳化硅晶體生長行業(yè)中，掃描聲學顯微鏡能夠?qū)桢V進行快速的 100% 檢測，為質(zhì)量控制和生產(chǎn)帶來關(guān)鍵優(yōu)勢。
為了滿足對碳化硅 (SiC) 晶體日益增長的需求，世界需要在不犧牲質(zhì)量的情況下大幅提高產(chǎn)量。如今，SiC 晶體對于制造更小、更快、更高效的芯片和電力電子系統(tǒng)至關(guān)重要。然而，如果沒有能夠及時檢測出微小瑕疵的先進計量工具，SiC 晶體生長行業(yè)基本上是盲目操作，導致不可接受的缺陷和昂貴的產(chǎn)品損失。
培育優(yōu)質(zhì)碳化硅晶體的過程非常復雜且保密性強，而且生產(chǎn)過程非常耗時。培育單晶錠(稱為晶錠)可能需要數(shù)周時間。該過程中的一些變量包括“種子”的類型、粉末和所用設(shè)備，以及將氣態(tài)粉末轉(zhuǎn)移到晶錠時所使用的溫度和熱區(qū)。
在處理碳化硅晶體生產(chǎn)等新技術(shù)時，會出現(xiàn)學習曲線，需要使用復雜的計量工具來確保從原材料到最終產(chǎn)品的所有生產(chǎn)階段都具有一致的高質(zhì)量輸出。
畢竟，高純度碳化硅粉末供應商必須確保其產(chǎn)品的可靠性;晶體生長者不能冒險花費數(shù)周的時間生產(chǎn)出有缺陷的產(chǎn)品;半導體制造商必須避免將晶圓切割成用于制造先進芯片、電動汽車和電子產(chǎn)品的有缺陷的晶圓。
由于碳化硅生產(chǎn)行業(yè)仍處于起步階段，那些推動創(chuàng)新以獲得競爭優(yōu)勢并提供高產(chǎn)、可靠產(chǎn)品的人必須在所有生產(chǎn)階段進行缺陷測試。利用掃描聲學顯微鏡 (SAM) 等先進計量方法對于缺陷識別、消除和工藝優(yōu)化至關(guān)重要。
SAM 是一種非侵入性、非破壞性的超聲波檢測方法，能夠進行高速 100% 測試，它已經(jīng)成為對半導體元件進行 100% 檢查以識別微電子設(shè)備內(nèi)缺陷的行業(yè)標準。
“如果無法檢查最終產(chǎn)品，那么識別 SiC 晶體中的潛在缺陷并確定可能出現(xiàn)問題的工藝階段就變得非常困難?？赡艿脑虬ú牧先毕荨囟炔▌踊驘釁^(qū)內(nèi)的問題。像 SAM 這樣的先進計量設(shè)備可以幫助晶體生長者檢測微小的瑕疵和缺陷，并將這些映射到 [工藝變化中] 以糾正未來的任何問題，”總部位于弗吉尼亞州的 SAM 和工業(yè)超聲波無損 (NDT) 系統(tǒng)制造商OKOS總裁 Hari Polu 說道。該公司服務于 SiC 晶體生長、芯片制造、電子、航空航天、金屬/合金/復合材料制造和最終用戶市場。
SAM 可實現(xiàn)快速、高分辨率的 SiC 缺陷檢測
碳化硅 (SiC) 是一種非常有前途的材料，可用于需要高溫、高頻和高功率的電子設(shè)備。然而，由于各種擴展缺陷，許多基于 SiC 的電子設(shè)備的商業(yè)化遇到了挑戰(zhàn)。
SiC 器件實際使用的一個重要考慮因素是 SiC 晶圓晶體質(zhì)量方面的挑戰(zhàn)。在 SiC 晶體生長過程中，結(jié)構(gòu)均勻性會發(fā)生局部破壞，從而導致堆垛層錯和位錯等晶體缺陷。眾所周知，某些缺陷會對器件功能產(chǎn)生不利影響。
因此，為了提高 SiC 器件的產(chǎn)量和可靠性，通過 SAM 等先進計量系統(tǒng)識別潛在缺陷非常重要。SAM 的最新進展也有助于檢測比以前更小的缺陷。
Polu 表示：“先進的 SAM 系統(tǒng)使故障分析達到更高水平成為可能，因為它具有更高的檢測水平和精度。過去，檢測 500 微米的缺陷是目標;現(xiàn)在則是 50 微米的缺陷。通過這種類型的測試，我們可以檢查材料并發(fā)現(xiàn)以前未檢測到的缺陷?！?
SAM 似乎解決了美國國家標準與技術(shù)研究所 (NIST) 確定的美國再次引領(lǐng)全球半導體制造業(yè)所必需的至少一個要素。
NIST 最近發(fā)布的題為《美國半導體制造業(yè)的戰(zhàn)略機遇》的報告指出，從計量角度來看，需要重點關(guān)注的 7 大挑戰(zhàn)才能實現(xiàn)美國主導全球半導體行業(yè)的愿景。此外，該報告還確定了 32 個前進路徑要素，描述了應對挑戰(zhàn)的潛在戰(zhàn)略。
對于其中一項重大挑戰(zhàn)，即未來微電子制造的先進計量技術(shù)，SAM 基本上回答了前進道路上的要素之一，即“快速、高分辨率、無損技術(shù)，用于表征缺陷和雜質(zhì)并將其與性能和可靠性關(guān)聯(lián)起來”。
掃描聲學顯微鏡
掃描聲學顯微鏡 (SAM) 的工作原理是將傳感器發(fā)出的聚焦聲音導向目標物體上的一個小點。擊中物體的聲音會被散射、吸收、反射或傳輸。通過檢測散射脈沖的方向以及“飛行時間”，可以確定邊界或物體的存在及其距離。
為了生成圖像，需要逐點逐線掃描樣品。掃描模式包括單層視圖、托盤掃描和橫截面。多層掃描最多可包含 50 個獨立層?？梢蕴崛『蛻蒙疃忍囟ㄐ畔韯?chuàng)建二維和三維圖像，然后進行分析以檢測和表征裂紋、夾雜物和空隙等缺陷。
規(guī)模較小的制造商和獨立測試實驗室可能擁有臺式 SAM 模型，該模型可提供超過 300 毫米的掃描范圍，最大掃描速度為 500 毫米/秒，精度和重復性為 +/- 5.0 微米。該軟件允許使用保存的數(shù)據(jù)虛擬重新掃描、查看和分析數(shù)據(jù)，以便同時進行實時分析或收集后審查。通常，此類臺式設(shè)備用于分析故障分析、產(chǎn)品檢查、質(zhì)量控制、研發(fā)和工藝驗證的數(shù)據(jù)，以及確定產(chǎn)品可靠性、工藝過程中的質(zhì)量控制和供應商資格。
隨著更高生產(chǎn)水平測試需求的增加，SiC 晶體生長商、碳化硅晶片制造商和半導體工廠通常會使用具有高速檢測能力的大型系統(tǒng)。然而，挑戰(zhàn)在于以極高的吞吐量進行這種檢測，進行 100% 檢測以識別和去除不符合質(zhì)量要求的 SiC 晶體或切片晶片。這需要更先進的設(shè)備，這些設(shè)備可以同時檢測多層，通常在多個通道上，以自動化方式掃描處理托盤中的多個樣品以加速該過程。
Polu 表示，SAM 還可以進行定制設(shè)計，以完全集成到大批量生產(chǎn)系統(tǒng)中。先進的檢測技術(shù)可以檢測到
SiC 晶圓和半導體晶片可對所有材料進行 100% 檢查。因此，SiC 晶體生長商和半導體工廠現(xiàn)在可以對托盤中的 SiC 晶圓、晶片、面板和單個組件進行 100% 檢查。
SAM 技術(shù)的最新進展也顯著提高了吞吐速度和缺陷檢測能力。當需要高吞吐率進行 100% 檢查時，可使用超高速單或雙龍門掃描系統(tǒng)以及可用于同時掃描以提高吞吐率的多頭傳感器。
軟件與進行掃描的物理和機械方面一樣重要，對于提高分辨率和分析信息以生成詳細掃描至關(guān)重要。
多軸掃描選項支持 A、B 和 C 掃描、輪廓跟蹤、離線分析和芯片虛擬重新掃描。這樣可以通過檢測軟件對內(nèi)部和外部缺陷進行高精度檢測和厚度測量。
軟件模式多種多樣，有簡單易用的模式，也有適合詳細分析的高級模式，還有適合生產(chǎn)掃描的自動化模式。離線分析模式也可用于虛擬掃描。
Polu 估計，OKOS 的軟件驅(qū)動模型使他們能夠降低 SAM 測試成本，同時提供相同質(zhì)量的檢測結(jié)果。因此，即使是普通的 SiC 測試實驗室也完全可以負擔得起這種設(shè)備。
“由于當今嚴格的檢測和精度要求，每個 SiC 晶體生長商和半導體晶片生產(chǎn)商最終都將轉(zhuǎn)向更高水平的故障分析，”Polu 說道?！癝AM 設(shè)備的成本優(yōu)勢和時間節(jié)省使這成為可能?！?
OKOS 在加利福尼亞州圣克拉拉和弗吉尼亞州馬納薩斯設(shè)有實驗室，提供符合現(xiàn)有工業(yè)和軍事標準的合同分析和測試服務。該服務還為客戶提供在投資設(shè)備之前審查技術(shù)和可行性的能力。
如今，對于為滿足全球需求而提高產(chǎn)能的 SiC 晶體生長商、芯片制造商和組件制造商而言，與傳統(tǒng)方法相比，SAM 可提供最佳價值，因為它可提供卓越的缺陷和故障分析細節(jié)。因此，先進的 SAM 系統(tǒng)現(xiàn)在被視為 SiC 生產(chǎn)設(shè)施、研發(fā)和質(zhì)量保證實驗室的必備工具。
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