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KLA创新工艺控制,提升车规SiC功率器件品质与良率

      材料来源:化合物半导体

KLA Corporation于8月3—4日参加了由太仓市科学技术局和《化合物半导体》杂志社主办的化合物半导体先进技术及应用大会,KLA LS-SWIFT部门特种半导体业务负责人Go Nagatani于8月3日现场连线作了主题演讲。 
 
 
全球向绿色能源的转型正在加速SiC和GaN等宽带隙(WBG)半导体的渗透和采用。汽车电动化是这一趋势的主要组成部分,正在改变着半导体行业,我们看到在汽车动力总成和电池充电系统中,硅技术正在被 SiC SBD和 MOSFET器件快速取代。基于此背景, KLA Corporation LS-SWIFT部门特种半导体业务负责人Go Nagatani就“创新工艺控制,提升车规SiC功率器件品质与良率”主题,为听众解读行业热点。
 
 
Go Nagatani拥有近20年晶圆测试和失效分析方面工作经验,目前在KLA的制程控制LS-SWIFT部门工作了7年,专注为高采样晶圆检测应用提供具有成本效益的解决方案。
 
汽车安全,从“芯”开始
 
众所周知,相对于消费电子,汽车IC需要更严格的质量要求,以确保其极高的可靠性。调查显示,除了新技术、外观、燃油经济性和质量之外,“安全性”是影响消费者购买汽车决定的首要因素。如今,汽车装配线上超过一半的半导体故障可追溯到半导体制造过程中的缺陷。故障芯片轻则导致代价高昂的产品召回和保修维修,重则直接导致车毁人亡。 
 
由于芯片控制车辆的驾驶和安全功能,芯片的可靠性至关重要。车载芯片所处的环境需要在寒冷、炎热、雨雪和其它极端条件下运行;同时,一辆汽车的平均使用寿命是12年,芯片必须要经受得住长期考验。为此,汽车芯片必须满足极端的质量标准。
 
那么,如何才能准确地筛除有缺陷的芯片,保障每一辆汽车的安全与可靠性呢?作为制程控制与良率管理领域的佼佼者,KLA始终致力通过可靠的检测、量测手段,追踪问题的根源,通过分析数据,采取纠正措施,确保良率。
 
“我们在最小的微观世界里工作,但对现实世界产生最大的影响。”
 
新能源汽车,对车用半导体材料提出新要求
 
新能源汽车的普及,对车用的电子元器件都提出了更高的要求。新能源汽车的电气部件的工作时间相比于传统汽车大幅增加,这对电子部件的可靠性提出了更严苛的要求。整车厂对高能量密度、高可靠性和轻量化,低成本具有本能的需求,而当前的IGBT模块的性能已经在车规级应用上遇到了技术瓶颈,以SiC为代表的第三代半导体材料具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及更高的抗辐射等能力,是高温、高频、大功率应用场合下理想的半导体材料。SiC模块的规模化应用,满足现在车规级材料的高标准,同时,也对SiC封装的配套材料提出了更高的要求。 
 
为每一辆汽车芯片精准“排雷”
 
汽车行业几乎都采用“零缺陷”策略,这些进入市场的新型SiC器件也不例外。KLA 创新的工艺控制解决方案使IC制造商能够开发和提升高质量的SiC器件。
 
我们知道,在包含数百个工艺步骤的芯片制造过程中,一丁点的灰尘附着都会导致成品缺陷。面对庞大繁杂的工艺步骤,如何精准规避可能产生的缺陷呢?KLA在这过程中发挥着强大的护航能力,通过“检测”和“量测”双管齐下,满足晶圆和芯片制造所需的制程控制。 
 
 
 
KLA的半导体检测设备8 Series图形化晶圆检测系统是“零缺陷”策略的关键推动力,该系统能够以极高的检测速度,检测晶圆上的物理缺陷(颗粒异物)和图案缺陷,捕获各种缺陷类型。该方案不仅可以识别明显的关键缺陷,还可以识别潜在的可靠性缺陷,以防这些缺陷暴露于恶劣的环境条件下时,对器件性能造成致命损伤。 
 
KLA 8 Series图形化晶圆检测系统适合大批量制造,可快速识别和解决生产过程中的问题。8 Series服务于 150 毫米、200 毫米或 300 毫米的硅和非硅材料,从最初的产品开发到批量生产都提供了具有成本效益的缺陷监测手段。最新一代8935机台采用新的光学技术、DesignWise®和FlexPoint™精确区域检测技术来捕获可能导致芯片失效的关键缺陷。尤其是DefectWise® AI技术能以低干扰率捕获各种关键缺陷,并快速准确地识别可能影响最终芯片质量的工艺偏差,实现缺陷类型的快速在线发现和分类。
 
面对SiC电力电子市场的高要求,如何快速识别和解决生产过程出现的问题尤为重要。与基于硅的技术一样,SiC 技术受益于8 Series的高灵敏度和高产能,使车规器件在线筛选检测方案实现关键缺陷的及早识别和高可信度,从而将全线漏检风险降到最低,带来的是器件可靠性的增加和综合成本的降低。
 
同时,KLA提供两种用于无图案晶圆检测的产品:用于工艺质量和监控的Surfscan SP A2,以及用于碳化硅衬底和外延质量监控的Candela 8520。
 
Surfscan一直是工艺设备鉴定和监控的行业标杆。数十年来,该系统卓越的表面缺陷检测能力和行业领先的吞吐量帮助诸多客户在全球范围内实现了快速的晶圆生产。Surfscan SP A2无图案晶圆检测系统结合了高端光学系统和先进算法,能够处理透明SiC衬底和外延晶圆,其灵敏度和速度足以识别并消除会导致汽车芯片可靠性问题的工艺缺陷,并确保工艺设备以最佳的性能运行,以实现独特的工艺质量和表征。
 
另一款无图案晶圆检测仪Candela 8520为高灵敏度、高速率晶圆检测设备,集成表面散射和光致发光技术,可检测和分类基于SiC和GaN的功率器件上的形貌缺陷和晶体缺陷。利用统计过程控制(SPC)方法实现自动化晶圆检测,显著降低了由于外延缺陷造成的产量损失。这不仅可以实现SiC衬底的一流工艺控制和监控、详细的SiC供应商比较,而且还可以实现100% IQC监控。这对碳化硅汽车芯片至关重要,因为最终产品的质量只能与起始材料的质量一样好,而结构缺陷仍然是碳化硅技术的重点领域。
 
 
自2019年成为首家被AEC(汽车电子委员会)认可的半导体设备公司以来,KLA与多家OEM汽车制造商合作并提出了独特的制程控制和筛选策略,通过KLA的检测、量测和数据分析解决方案,帮助汽车IC制造商增强工艺控制方法,以提高芯片质量、晶圆厂产量及可靠性,并降低了总体成本。
 
 
公司也派出了专业团队在会议现场布置了展位,向现场观众详细介绍公司量测和检测方案。
 
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