用于碳化硅的Aehr测试系统的技术差距

半导体制造是现代的炼金术过程，是一种复杂的舞蹈，需要数千家公司和数万个工艺步骤的和谐同步。由于其复杂性，良率是该行业超过1000亿美元的问题。因此，制造过程包含持续不断的关键状态检查流，以支持人类创造的最复杂的事物。 一个不经意的半导体行业观察者往往会过分关注 ASML和光刻技术，尽管它们仅占半导体工厂总设备的22%（按美元价值计算）。计量和检查（检查）约占工具的13%（以美元价值计算）。像 KLA-Tencor、Nova Measuring和Onto Innovation这样的公司制造在整个前端测量晶圆的设备。 FormFactor、Micronics和Technoprobe TPRO.IT制造的探针卡由印刷电路板和比人类头发丝还细的探针阵列组成。探针的排列是根据每个单独的芯片设计定制的。探针本身非常精细，只能在 MEMS晶圆上制造。

Advantes和 Teradyne最知名的是自动化测试设备。许多其他事情中，ATE工具取出探针卡，将它们与晶圆上的芯片完美对齐，并与晶圆上的电路进行物理接触。然后它向电路发送精确的电气测试信号以表征它们。

上述内容只是对几家主要公司的快速、不完整的总结，但在这个行业还有许多其他公司。今天我们要讨论Aehr Test Solutions就是是一家拥有独特测试解决方案的小公司。它用于Apple 的 FaceID、Intel硅光子学，以及最重要的碳化硅。 几年前，我们首次发布了一份关于该公司的报告，称其在SiC领域取得了早期成功。从那时起，由于他们的工具在碳化硅中的迅速采用，收入和股价飙升。 今天的文章将深入探讨他们独特的测试技术。我们将探讨Aehr相对于多个竞争对手的竞争优势的持久性，以及这些竞争对手正在采取哪些措施来缩小与 Aehr测试系统的技术差距。我们还将包括一个考虑EV要求、工具吞吐量、耗材收入增长、测试强度等的模型，表明Aehr的机会每年可能超过5亿美元。我们还将讨论它们在GaN、硅光子学和存储设备方面的增长潜力。最后，我们将讨论为什么Aehr比 Axcelis更适合长期SiC和GaN增长。

由于提高了能效，碳化硅(SiC)正迅速成为大功率电子设备的标准。为了支持电动汽车、可再生能源和储能的爆炸式增长，该行业正在寻求到本世纪末将晶圆产量从每年几十万片增加到每年数百万片。

电气化终端市场的失败尤其具有灾难性，因为汽车和基础设施是应该持续数十年的已安装基础的一部分。此外，维护和修理需要在现场拆开复杂的设备。这些设备在首次制造时可能在常温下运行良好，但如果长时间暴露在更极端的环境中，故障和不规则现象会随着时间的推移而频繁出现。  

汽车和工业供应商需要进行密集的测试才能成为合格的供应商，即使一旦合格，也不会在测试上有所懈怠。SiC有许多与其易碎/脆性晶体结构相关的缺陷。主要来源包括衬底、外延或与掺杂相关的缺陷，例如螺纹位错、向内生长的堆垛层错和重组诱导的堆垛层错(RISF)。与其他半导体相比，这里的良率特别低，占最终设备成本的30%左右。现场缺陷率使这个数字高得多。

每个设备的汽车测试可能持续两到四天，测试数千台设备所需的空间是天文数字。此外，大多数行业已经从分立功率器件转向多芯片模块。在这些情况下，即使是一个坏的die也可能导致许多好的die失败。即使1%的十年故障率，标准12芯片模块的故障率也将达到~15%！

浴缸曲线适用于半导体。在设备生命周期的开始阶段，Mortality rates非常高。这称为infant mortality。这些高死亡率呈指数下降到稳定状态。在长时间的低故障率之后，故障最终会由于磨损故障再次上升。必须消除infant mortality，但有多种方法可以做到这一点。

大多数行业使用封装或模块老化来消除高价值部件的infant mortality。在升高的温度/电压下进行加速压力测试可以通过测量测试期间设备性能的任何变化来帮助清除腐烂的鸡蛋。这些潜在的制造缺陷可以被消除，从而最大限度地减少客户在现场拥有产品模具的机会。这对于 IGBT 和标准硅基设备领域来说很好，因为老化时间更短，但对于SiC，由于所需老化时间的长度，成本开始飙升。这就是 Aehr Test System 的新颖方法的用武之地。他们不是创建模块级测试工具，而是制造晶圆级测试工具。 更广泛的逻辑行业在90年代采用了这些工具的早期版本，但随后转变为更多的行业标准测试。Aehr 仍然用于激光的晶圆级老化，例如苹果的FaceID 和英特尔的硅光子平台。

由于碳化硅良率低，可以淘汰大部分infant mortality。允许封装更少的失败设备并缩短完整的测试周期。周期时间是SiC器件生产的主要限制因素，而Aehr减少周期时间的解决方案很有前途。安森美半导体是Aehr在SiC领域的第一个标志性客户。Aehr还与英飞凌、ST Microelectronics、Rohm、Wolfspeed、Mitsubishi、Rohm、Sanan IC、CR Micro 等其他公司进行了合作。

转向晶圆级老化时，成本节省是巨大的。如果满足汽车质量要求，那么每个SiC器件制造商都可以轻而易举地转向晶圆级老化。随着汽车制造商意识到这一点，一些汽车制造商甚至要求他们的供应商实施十几个小时的超长时间老化。因此，唯一具有成本效益的方法是使用Aehr。 Aehr为这些晶圆级老化测试开发了FOX-XP工具。每个晶圆可以包含多达一千个SiC器件。FOX-XP 一次可以测试9到18个晶圆。FOX-XP在腔室内执行此操作，该腔充当高度调节的极端温度环境。这可以被认为是一个烤箱，除了它，也可以耗散超过18kW。FOX-XP 工具的成本约为250万美元。 这些工具还必须与Aehr测试系统的WaferPak接触器一起使用。WaferPak类似于探针卡，但它不仅与晶圆接口，还承载晶圆。WaferPak被认为是一种消耗品，因为它们对于每种设计都是独一无二的，并且填充一个FOX-XP的成本约为150万美元。设计通常每隔几年就会改变一次。这些设计更改提高了终端市场功率设备的效率并降低了成本。 WaferPaks是未来经常性收入的关键引擎。我们稍后将分享的模型表明，WaferPaks的收入将在几年内超过FOX-XP。 WaferPak有2048个I/O引脚和DPS通道。每个通道都有远程电压和接地检测。每个通道可在高达40V和低至-30V的1024个电压电平之间循环。它可以运行高达2A。需要明确的是，WaferPak无法像高端探针卡那样进行精细测试，因为它们的探针要少得多。此外，这些探头比高端ATE设备具有更精细的控制。关键在于它允许在高达150摄氏度的温度下运行时进行高压测试。

老化工具能够进行多种类型的测试。这包括具有负高温栅极偏置的双极电压，这是为一位新客户提出要求并迅速开发的。 最后一块是Aehr的产品线，即FOX-XP WaferPak Aligner，它在FOUP或晶圆盒与WaferPak Contactors之间真空吸取装载和卸载晶圆。WaferPak对准器的成本通常不到100万美元，但根据晶圆厂的自动化要求，有多种产品可供选择。对准器可以支持多种Fox-XP工具，但许多晶圆厂希望完全自动化Fox-XP，这需要将它们与全自动对准器一对一配对。

编辑：黄飞