应用材料公司将电子束检测引入化合物半导体生产

过去二十年，电力电子行业迎来了复苏，首先是智能手机和平板电脑专用电源管理芯片的出现，最近则是因为全球转向可再生能源和电动汽车。这种转变的核心是功率半导体器件，它可以调节电能的流动以满足应用需求。

传统上，硅是功率半导体的首选材料，但近年来，碳化硅 (SiC) 等化合物半导体已使新一代功率器件具有卓越的性能。作为一种材料，SiC 本质上比硅更硬，具有天然的晶体缺陷，这可能导致芯片性能、可靠性和产量问题。需要先进的材料工程来制造 SiC 芯片，同时将对晶格的损坏降至最低。

应用材料公司提供业界最广泛的化合物半导体制造专用设备组合，包括沉积、蚀刻、注入、化学机械平面化和工艺控制系统。在即将于北卡罗来纳州罗利举行的 2024 年国际碳化硅及相关材料会议 ( ICSCRM 2024 ) 上，我们将重点介绍我们的 SiC 产品组合，并展示随着化合物半导体越来越普及和复杂化，我们的客户面临的独特挑战的新解决方案。

识别和表征新型缺陷

由 SiC 等化合物半导体制成的晶圆相对于硅晶圆具有独特的特性。不仅底层基板更硬更薄（需要替代的晶圆处理技术），而且在制作裸晶圆时也容易产生新型晶体缺陷。这些晶圆通过外延完成，在 SiC 基板上生长出高质量的 SiC 晶体层。在外延 SiC 晶体生长过程中，晶格中可能会出现缺陷和位错。

化合物半导体的增长为计量和缺陷检测带来了一系列新挑战——这是一套至关重要的晶圆厂解决方案，用于监控和控制单个制造步骤的质量。缺陷控制是重中之重，芯片制造商严重依赖晶圆检测技术来帮助快速发现和纠正影响良率的缺陷。

这些缺陷会降低电力电子设备的可靠性和性能，并对产量产生负面影响。在构建电路所需的工艺步骤中，晶圆会暴露在高温和机械应力下，这可能会将晶格中微小的一维位错转变为更大的、限制产量的缺陷。这就是为什么准确表征晶体缺陷并确定其对设备的严重程度，同时监测其在整个制造过程中的进展非常重要。

除了晶圆级，功率半导体器件架构路线图也经历了从平面 MOSFET 到 3D 沟槽 MOSFET 的演变，并最终出现“超级结”晶体管。每种新的 3D 架构都带来更垂直的外形，从而产生更高、更薄、纵横比更高的结构。这些结构使埋藏缺陷更容易隐藏在沟槽深处，而使用传统检测技术则更难检测到它们。

利用高分辨率电子束进行缺陷检测

芯片制造商通常使用两种设备来查找和控制制造缺陷：光学检测用于检测晶圆上的潜在缺陷，然后进行电子束检查，电子束检查提供更高分辨率的成像能力，可以查看和描述缺陷，从而解决其根本原因。光学检测和电子束检查是互补的，芯片制造商通常会结合这两种工具的最佳特性来优化产量并实现更快的上市时间。

在当今的 SiC 晶圆厂中，芯片制造商主要依靠光学检测技术进行在线缺陷检测，而没有配套的高分辨率电子束成像表征。由于光学检测的图像分辨率有限，很大一部分微小的埋藏 SiC 晶体缺陷在晶圆厂工艺控制流程中被错误分类，这可能会影响产量和设备可靠性。

为了抓住这一机遇，应用材料公司开发了SEMVision ™ G7C，这是一种专为化合物半导体制造而设计的新型缺陷检查系统。SEMVision G7C 提供高分辨率成像，具有独特的功能，可以在高自动化和高生产率标准下更好地识别和分类埋藏在 3D 结构内的 SiC 晶体不规则性和缺陷。

该系统的一个关键特性是应用材料公司的 Elluminator™ 背散射电子技术。它使用广角探测器从穿透 SiC 晶圆的高能电子中收集更多信息，并以高分辨率传输嵌入式缺陷的信息。该系统使芯片制造商能够更清晰、更深入地看到缺陷，并跟踪其在晶圆厂工艺步骤中的进展。该技术还能够对深沟槽结构中埋藏的缺陷进行成像，而这些缺陷原本是无法看到的。

仅依赖光学晶圆检测的另一个挑战是，虽然从顶视图可以看到缺陷，但很难判断缺陷在材料堆栈中的位置。例如，牺牲硬掩模层中的缺陷不是问题，因为该层将在制造过程的后期被去除。但硬掩模下方的图案化设备中的缺陷可能会导致可靠性问题，并可能影响产量。新款 SEMVision G7C 中的电子束可以电子倾斜高达 10 度，让晶圆厂工程师可以从侧面观察材料堆栈，从而更好地确定缺陷的位置。

SEMVision G7 系列被广泛认为是高分辨率电子束成像的行业标杆。应用材料公司是电子束技术的全球领导者，拥有行业领先的市场份额，并在质量和生产率方面享有盛誉。我们很高兴能为快速增长的 SiC 和其他化合物半导体市场的客户带来这套独特的新功能。