虹科案例|市場上第一個快速無損用于晶圓質(zhì)量控制的太赫茲系統(tǒng)

背景：晶圓及測試技術(shù)

晶圓指的是半導(dǎo)體集成電路所用的晶片，由于形狀為圓形，故稱為晶圓。在硅晶片上可以加工制造各種電路元件結(jié)構(gòu)，成為具有特定電氣功能的集成電路產(chǎn)品。

晶圓的原始材料是硅，地殼表面有取之不盡的二氧化硅。硅礦經(jīng)電弧爐精煉，鹽酸氯化，蒸餾，生產(chǎn)出純度高達(dá)99%的高純多晶硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。

晶圓經(jīng)多次光掩模處理，其中每一次的步驟包括感光劑涂布、曝光、顯影、腐蝕、滲透、植入、刻蝕或蒸著等等，將其光掩模上的電路復(fù)制到層層晶圓上，制成具有多層線路與元件的IC晶圓，再交由后段的測試、切割、封裝廠，以制成實體的集成電路成品，從晶圓要加工成為產(chǎn)品需要專業(yè)精細(xì)的分工。在晶圓制造完成之后，晶圓測試是一個非常重要的環(huán)節(jié)。測試是為了以下三個目標(biāo)：第一，在晶圓送到封裝工廠之前，鑒別出合格的芯片。第二，器件/電路的電性參數(shù)進(jìn)行特性評估。工程師們需要監(jiān)測參數(shù)的分布狀態(tài)來保持工藝的質(zhì)量水平。第三，芯片的合格品與不良品的核算會給晶圓生產(chǎn)人員提供全面業(yè)績的反饋。在這個過程中，選擇合適檢測技術(shù)十分重要，需要保證每一個芯片的電性能和電路機(jī)能都被檢測到，同時保持快速、精準(zhǔn)的檢測效果。

常見的電性能檢測方法可以分為宏觀尺度和微觀尺度。宏觀類方法比如探針法，可以得到被測樣品的電導(dǎo)率，但是需要接觸的方式會對樣品造成損傷。而微觀類的方法，比如AFM、SEM等技術(shù)，可以實現(xiàn)nm級別的參數(shù)圖像分辨率，然而復(fù)雜的樣品制備程序與掃描成像的慢速度限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著芯片的面積增大和密度提高，晶圓的檢測技術(shù)需要同時滿足高精度與高檢測速度的要求，同時需要采用非接觸的方式，盡可能減少對樣品的損傷。

2

虹科解決方案：太赫茲 Onyx 平臺

虹科提供的太赫茲 Onyx 系統(tǒng)是晶圓質(zhì)量控制的完美解決方案，也是市場上第一個旨在利用太赫茲波實現(xiàn)石墨烯、薄膜和其他2D材料的全區(qū)域無損表征的系統(tǒng)。

Onyx 系統(tǒng)是一種基于太赫茲光譜學(xué)的專利系統(tǒng)，發(fā)射的太赫茲波與材料相互作用后的時域信號被收集，隨后通過傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻譜信號后，將此信號與參考信號的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可得到被測樣品的性能參數(shù)。

Onyx 系統(tǒng)可以表征從0.5 mm2到更大面積（m2），填補了宏觀尺度和微觀尺度之間表征工具的空白，從而推動了研究材料的產(chǎn)業(yè)化。該技術(shù)是無害的，不需要樣品制備，并且可以測量樣品質(zhì)量的空間分布。不使用顯微鏡也能實現(xiàn)幾百微米的空間分辨率下的大樣品區(qū)域的快速表征，最佳分辨率可達(dá)到50um。

單次測量即可得到以下測量結(jié)果

電阻率

電荷載流子密度

電導(dǎo)率

折射率

電荷載流子遷移率

基板厚度

Onyx 系統(tǒng)符合 IEC TS 62607-6-10：2021 技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范涉及使用太赫茲時域光譜法測量石墨烯基材料的片狀電阻。

3

結(jié)果：快速無損的晶圓質(zhì)量控制

Innovations for High Performance (IHP)是由德國聯(lián)邦和州政府機(jī)構(gòu)資助的非大學(xué)研究機(jī)構(gòu)，也是萊布尼茨協(xié)會的成員。

IHP 是硅/鍺電子領(lǐng)域世界領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)之一。它在半導(dǎo)體技術(shù)，材料研究，高頻電路設(shè)計和系統(tǒng)解決方案方面擁有廣泛的專業(yè)知識，其電子和光子電子技術(shù)和電路是世界上最強大的技術(shù)和電路之一。通過其研究和制造服務(wù)，IHP 為德國和歐洲的創(chuàng)新實力做出了重大貢獻(xiàn)，特別是在超高頻電子領(lǐng)域。該研究所的研究成果應(yīng)用于社會重要領(lǐng)域，如半導(dǎo)體制造，無線和電力寬帶通信，健康，空間，工業(yè) 4.0 和農(nóng)業(yè) 4.0。

由先進(jìn)材料構(gòu)成的晶圓廣泛應(yīng)用于微電子產(chǎn)品的制造，IHP 需要一種快速可靠的非接觸式測量方法以測量其導(dǎo)電性和其他電學(xué)特性。而如今的可靠檢測方法要么是接觸式，要么測量速度太慢。同時，檢測精度很高的方法由于太慢而無法進(jìn)行大面積測量，而那些能快速大面積測量的方法往往不夠準(zhǔn)確。Onyx 系統(tǒng)為將先進(jìn)材料的晶圓集成到微電子元件中提供了一種無損，非接觸式，快速且更可靠的質(zhì)量控制過程。由于是非破壞性的，每個部分都可以單獨，更可靠，更有效地進(jìn)行分析。通過映射整個晶圓區(qū)域而不是單個點，它可以在生產(chǎn)過程的最早階段識別有缺陷的零件。