碳化硅晶圆应力检测设备介绍

2023-10-07 21:50

SiC碳化硅是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料，是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一。相比传统的硅材料(Si)，碳化硅(SiC)的禁带宽度是硅的3倍；导热率为硅的4-5倍；击穿电压为硅的8-10倍；电子饱和漂移速率为硅的2-3倍。

碳化硅外延片图摄于海乾半导体展台

以碳化硅为原材料制成的器件称为SiC器件，根据电学性能差异分成半绝缘型碳化硅基射频器件与导电型碳化硅功率器件。半绝缘型碳化硅基射频器件以半绝缘型碳化硅衬底经过异质外延制备而成，主要面向通信基站以及雷达应用的功率放大器。导电型碳化硅功率器件主要应用于电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通等领域。

碳化硅产业链包含碳化硅粉末、碳化硅晶锭、碳化硅衬底、碳化硅外延、碳化硅晶圆、碳化硅芯片和碳化硅器件封装环节。

其中衬底、外延片、晶圆、器件封测是碳化硅价值链中最为关键的四个环节，衬底成本占到碳化硅器件总成本的50%，外延、晶圆和封装测试成本分别为25%、20%和5%。

各生产环节的质量控制尤为重要，每个环节都有各自的常见缺陷，碳化硅晶锭和衬底片中均含有多种晶体缺陷，如堆垛层错、微管、贯穿螺型位错、贯穿刃型位错、基平面位错等等。

SiC晶圆内应力分布实测案例

此外，碳化硅还存在较大的应力，会导致面型参数出现问题。化合物晶圆衬底片和外延片中的内应力会在后续工艺中导致晶圆翘曲和破裂，同时内应力大小分布也能直观反映晶圆位错缺陷程度。

SiC晶圆内应力及应力角分布实测案例

碳化硅各环节的缺陷会极大地影响最终器件的良率，这是产业链中非常重要的话题，各衬底厂家都在不遗余力地降低碳化硅晶锭缺陷密度。

因此，在碳化硅产品的生产制备过程中，检测设备必不可少，并且是提升产品良率的一种手段。

瑞霏光电内应力检测仪SV200可以开展6/8寸碳化硅衬底、外延片的高分辨率内应力分布测量，定量化输出内应力数值，同时能够开展晶圆微管缺陷的自动识别，可以广泛应用于化合物晶圆材料生长、衬底和外延片质量监测和工艺调整。

瑞霏光电内应力检测仪SV200

检测原理

基于偏振光应力双折射效应检测晶圆材料内部应力分布。当晶体材料由于内部缺陷存在应力集中时会导致应力双折射效应，偏振光透过它时会发生偏振态调制，通过测量透射光的斯托克斯矢量可以推算出材料的应力延迟量，从而得到材料内应力分布。

优势

1. 基于双折射应力测量模型实现应力瞬时测量，显示应力二维分布伪彩图；采用双远心检测光路，相位延迟测量精度高；

2. 根据不同测量视场要求，多种镜头可选；

3. 订制化样品托盘，适应不同规格晶圆批量测试。

Strain Viewer技术规格

产品型号	SV50	SV200
样品测量口径	2英寸/ 60*80mm	2-8英寸兼容 200*300mm可订制化样品载台
应力测量输出内容	相位延迟（°）及光学延迟（nm）归一化延迟（nm/mm）综合应力（MPa，Psi）及方位角	相位延迟（°）及光学延迟（nm）归一化延迟（nm/mm）综合应力（MPa，Psi）及方位角
测量光源	630nmLED光源可选配其它光源	630nmLED光源可选配其它光源
尺寸量测横向分辨率	40μm	25μm
应力测量范围	0~155nm光学延迟	0~155nm光学延迟
方位角测量范围	0-180 °	0-180 °
测量重复性	0.5nm光学延迟，0.5 °方位角	0.5nm光学延迟，0.5 °方位角
测量准确性	±1nm光学延迟，±1.5 °方位角	±1nm, ±1.5 °方位角
单次测量时间	典型<2秒	典型<2秒
样品载台	手动XY位移台	光栅尺反馈电动XY位移台（250*350mm）支持自动拼接
暗场缺陷检测模块	/	选配
设备尺寸	桌面式主机：500mm* 500mm*800mm	一体式机柜：800* 900* 1800m可加装晶圆自动传片系统