你从未见过的全新SiC失效定位方案

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激光SiC

  图1 滨松自研的用于EMMI定位的CCD相机 C13896-01

  在技术革新和能源效率、小型化、可靠性需求的推动下,新型功率半导体材料与器件技术正成为研究的前沿。硅(Si)和锗(Ge)作为早期半导体材料的代表,尤其是硅基IGBT和MOSFET功率半导体器件,已在全球范围内取得了显著成就。然而随着新能源技术的蓬勃发展,第三代半导体材料——碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)——在国内引起了广泛关注。众多企业正积极布局第三代半导体生产线。这些新材料以其卓越的击穿电场强度、热导率和耐高温特性,使得基于SiC的功率器件能在更高的电压和更大的功率密度下工作,同时实现更低能耗和更紧凑的体积。为了满足市场对第三代半导体失效分析的需求,滨松凭借其技术优势和丰富的应用经验,整合内部资源,推出了专门针对SiC半导体器件的失效定位解决方案。

  针对SiC特性的解决方案—CCD相机

  SiC以其较宽的禁带宽度而闻名,这在半导体材料中至关重要。禁带指的是导带和价带之间的能量间隙,这个间隙越大,电子跃迁所需的能量就越高。因此,在面对需要高电压如几百甚至上千伏的应用场景时,SiC因其出色的电学特性而比Si更受青睐。这种材料的特性使其在高压环境下展现出卓越的性能和稳定性。

  半导体发光时,光的峰值波长 与发光区域的半导体材料禁带宽度之间的关系可以表示为:

SiC

  ℏ为普朗克常量,c为光速

  不难看出,禁带宽度越大,发光波长越短。

SiC

  图2 不同相机的灵敏度及SiC的发光波长范围

  Si的禁带宽度大约为1.12 eV,SiC即使受不同的晶体结构影响,其禁带宽度也达到了2.3-3.2 eV。经过简单换算,Si材料的发光波长在1100 nm左右,SiC材料的发光波长380-550 nm左右。过去用于EMMI的相机常为InGaAs相机,其量子效率最高的波段(通常为900-1550 nm)可以很轻松地捕捉到来自Si材料的微光信号。但由于SiC的发光波长变短,传统的InGaAs相机变得有些吃力,难以捕捉到SiC的微光信号。因此,根据样品的发光波段来选择合适的EMMI相机是非常重要的,滨松采用自研高灵敏度科研级CCD相机来捕捉来自SiC的微弱光信号。

  CCD相机在400 nm-1050 nm波段的量子效率更高(如图1),可以更好地捕捉来自SiC材料的微光,进行失效定位。

  针对SiC特性的解决方案—VIS OBIRCH & HV Current head

  OBIRCH的原理用一句话来介绍,即“激光逐点扫描加热样品造成电路材料电阻瞬时变化,实时测量因电阻变化引发的电流(电压)变化"。影响OBIRCH定位结果的因素有,“样品加得够不够热“以及”电流/电压测得准不准“。前者影响信号变化是不是足够明显,后者影响探测信号变化的灵敏度是不是足够高。

SiCSiC

  图3 Si及SiC材料的光谱透射率

  过去对Si材料进行OBIRCH分析时,通常采用波长为1300 nm的近红外激光(IR)。近红外激光可以更好地透入Si材料(如图3),对器件内部深处进行加热,从而获得理想的信号。

  而我们看到的SiC晶圆通常是透明的,是因为对于SiC材料而言,其对可见光的透光度更好(如图)。滨松基于这一特性,独家采用532 nm的可见激光进行VIS-OBIRCH分析,来更好地透过SiC材料。(VIS在这里即visible的缩写,与infrared进行区分)。

  同时由于532 nm激光的波长更短,在样品上的激光光斑也会更小,相较于1300 nm的IR-OBIRCH精度会更高,从而更好的定位失效点。

  另外,针对高压器件OBIRCH分析的电流头也做了升级,在最高3000 V的高压量程下,电流的最小分辨精度为10 pA。对于高压器件,可以进行精度更高的OBIRCH失效定位。

SiC

  图4 用于高压OBIRCH的高精度电流头 A15781-01

  “光,即可能性本身。” 滨松光学,70年如一日,致力于光子学领域的深耕细作。依托我们在光探测技术方面的领先地位和深厚的失效分析经验,自1987年推出以来,PHEMOS微光显微镜系统以其卓越性能和高稳定性赢得了客户的信赖与推崇。

  目前,我们位于上海张江的FA实验室正在对CCD+VIS OBIRCH功能进行升级改造,预计将于12月正式投入使用。如果您对我们的新功能充满好奇、有样品需要测试或希望亲自体验我们的设备,请随时通过PHEMOS@hamamatsu.com.cn与我们取得联系。

SiC

  图5 PHEMOS-X 微光显微镜

审核编辑 黄宇

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