在蓬勃發(fā)展的碳化硅晶體生長行業(yè)中，掃描聲學(xué)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(dǎo)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(fù)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(xué)習(xí)曲線，需要使用復(fù)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(yīng)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)。

“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?、溫度波動或熱區(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(wù)于 SiC 晶體生長、芯片制造、電子、航空航天、金屬/合金/復(fù)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(dǎo)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(biāo);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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所 (NIST) 確定的美國再次引領(lǐng)全球半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)全球半導(dǎo)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(yīng)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(xué)顯微鏡

掃描聲學(xué)顯微鏡 (SAM) 的工作原理是將傳感器發(fā)出的聚焦聲音導(dǎo)向目標(biāo)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。可以提取和應(yīng)用深度特定信息來創(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(fù)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(fù)擔(dān)得起這種設(shè)備。

“由于當(dāng)今嚴(yán)格的檢測和精度要求，每個 SiC 晶體生長商和半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)的合同分析和測試服務(wù)。該服務(wù)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。