为SiC生产保驾护航，KLA有妙招

正如KLA LS—SWIFT特种半导体市场及技术经理Jeff Per在日前举办的制造年会上所说，半导体芯片现在是汽车的关键组成，有3000多个芯片控制着每台汽车的各个方面，且这些芯片的数量还在不断的增加当中。

回看过去几年的发展，汽车的电动化、智能化、互联化和共享化成为了行业公认的趋势，这就带来了类似SiC/GaN这样的化合物半导体需求飙升。与此同时，各种算力和连接芯片的需求也层出不穷，这就让确保汽车芯片的可靠性成为头等大事。

为此，行业上下游厂商正在围绕上述多个方面，为打造高可靠性的芯片而群策群力。作为一家以检测/量测和制程控制为核心己任的公司，KLA也针对化合物半导体市场准备了多款产品。

芯片安全，从晶圆厂抓起

谈到汽车芯片安全，大家首先想到的一定是各种ISO和AECQ认证。作为行业公认的标准，自然会受到汽车芯片厂商的认可，也只有通过了这些认证，芯片才会拥有进入汽车市场的门槛。

但你真的清楚在设计和生产的过程中，需要关注汽车芯片哪些方面吗？

Jeff Per举例说，如果我们放大汽车芯片内部，你会发现一些潜在的缺陷，这种潜在的缺陷可能会在某些外部环境急剧变化时，悄悄引发安全性和可靠性问题。特别是在遇到严酷的高温、颠簸的路段、大雨导致的高湿度或者冬季低温等极端条件下，则更可能将这些潜在的缺陷转化为完整的系统故障。

“因此，为了防止汽车芯片出现现场故障，必须从晶圆厂开始做起，在芯片进入汽车之前，就需要发现潜在缺陷并筛选出高风险芯片。而要实现更高品质和更高可靠性的车规级芯片绝非易事。”Jeff Per表示。他同时指出，特别是在近年来伴随着新能源汽车的兴起，针对以SiC器件为代表的化合物和功率半导体，要想降低其潜在的失效风险，最佳方案之一就是降低晶圆厂的整体随机缺陷水平。“由于SiC衬底和外延层中的缺陷出现的几率比Si高得多，SiC器件制造具有独特的挑战, 如何更有效率地发现并分析这些缺陷成为了制造商生产的重点环节。”Jeff Per强调。

据介绍，针对SiC和GaN等化合物半导体所具有的特殊衬底和材料，为了解决关键的良率和可靠性挑战，更灵活有效的检测和量测方案不可缺少。除此之外，为了应对包括功率半导体器件在内的化合物半导体的市场需求，如何缩短芯片制造从研发到大规模量产的时间显得尤为重要。

从SiC开始，KLA全面出击

面对上述需求，KLA正在借助其所擅长的工艺控制解决方案在为SiC和GaN等功率半导体大规模量产提供支持。依托自身丰富的行业经验和先进的技术储备，KLA为化合物半导体、功率半导体市场的独特需求开发了全流程产品线包括工艺设备，检测和量测设备等。

其中，公司服务于汽车芯片市场十数年的KLA 8 Series也被推广到SiC市场。

KLA 8 Series 图形晶圆检测系统

Jeff Per在演讲中指出，KLA 8 Series图形晶圆检测系统过去帮助硅基芯片制造商在提高产量方面有着辉煌的历史，为世界上许多150mm/200mm/300mm晶圆工厂从产品开发到进入量产提供极具成本效益的缺陷监测方案。

针对SiC器件制造的特性，KLA对其进行了几方面的更新：

首先是Defect Discovery，KLA 8 Series系统构造支持的多维度缺陷探索模式在研发和试生产阶段至关重要。我们都知道要想解决问题，首先要看到这个问题，KLA 8 Series帮助SiC器件制造商看到问题，然后明确方向并采取行动优化工艺。“检测灵敏度是早期成功的关键，更快的Time to result将使器件制造商在这个热门市场中获得竞争的优势。”Jeff Per说。

其次是Automotive Screening，这是汽车芯片制造商为确保质量和可靠性而采用的一种关键手段。按照Jeff Per所说，目前行业通用做法是通过检测所有芯片以最大限度地减少任何能够导致系统故障的失效因子。然而，为了最大限度的减少失效风险，通常我们会看到过高的over kill，这对于最终成本和盈利有着直接的影响。

“配备了先进光学技术和特殊的透明衬底处理方法的KLA 8 Series提供了在保证关键缺陷抓取率的同时将overkill降到最低的方法，将这些功能与8 Series超高产能相结合，使SiC器件制造商能够实现前面所谈到的更高的良率和可靠性。”Jeff Per说，他表示，这些优势让KLA 8 Series能够提供高灵敏度，高产能，适用于研发、实验或量产线等平台。

而且在Jeff Per看来，如果没有捕获小缺陷的能力，就无法实现芯片可靠性的提高。

Jeff Per进一步指出，为了准确捕捉导致芯片失效的关键缺陷，KLA最新一代的8935产品配备了新的光学技术，新的检测图形定义技术Flexpoint和新的人工智能技术。特别是DefectWise®人工智能深度学习技术让快速在线缺陷探索和分类更趋完美。通过这些创新，8935在捕捉那些与良率及可靠性相关的缺陷时实现了极高的捕捉率与极低的误判率，帮助化合物半导体芯片制造工厂在保持高可靠性和低成本的同时加速他们的产品交付速度。

最后，Jeff Per也分享了目前在汽车行业大力推广的缺陷芯片筛选I-PAT策略(lnline Average Testing techniques), 当芯片被制造后，通常需要通过晶圆探针或电性能异常芯片测试（e-test）来确定芯片的好坏，但这个办法只能检测到致命缺陷，没有办法检测潜在可靠性缺陷，I-PAT技术利用基于KLA检测和分析系统寻找那些在总体生产流程中累计缺陷与异常较多的高风险芯片。这些高风险芯片从统计上来讲更可能包含需要消除的潜在可靠性缺陷。I-PAT结果可以与电性能芯片测试相结合，优化汽车芯片的整体筛选策略。

除此以外，KLA还带来了一款用于化合物半导体叠层对准量测的新型 Archer™ Power系统。

用于化合物半导体重叠对准量测的新型 Archer™ Power套刻量测系统

和一般的硅器件一样，在化合物半导体（如SiC）芯片的制造过程中，量测设备也被广泛应用于图形对准、离子注入均匀性、器件图形变化（如关键尺寸）、衬底形貌和应力以及薄膜厚度的精确量测与工艺控制。结合化合物半导体独特的需求，KLA基于广泛采用的用于硅基芯片制造的 Archer™ 500 叠层对准平台，开发了新的功能，以提供化合物半导体领域所需的功能和灵活性。

据介绍，Archer™ Power系统支持多种衬底材料，包括硅、SiC、GaN、蓝宝石等。它还支持一系列晶圆尺寸（150mm 到 300mm）和多种不同的晶圆厚度，可支持客户对于多种材料、工艺、产品的混合研发与生产。Archer™ Power还具有高生产率、可靠性能，以及高灵活性的特点，使化合物半导体制造商能够测量其全系列产品类型的叠层对准误差，有助于快速提高良率和可靠性。

KLA光学量测部产品经理宋金岩也表示，公司针对化合物半导体市场（尤其是SiC）推出的Archer™ Power 系统可以支持两种不同的wafer尺寸，以及三种不同的wafer厚度，以满足当前SiC 6寸和8寸混合生产，以及多种客制化晶圆厚度的量测需求。

据他所说，KLA的上述方案不仅仅适合于SiC，公司还以更多的化合物半导体检测为目标，这也是公司过去这些年一直努力发展的方向。

KLA Candela 市场及技术经理Edwin Chew则在演讲中谈到，为了更好地识别SiC衬底和外延缺陷，KLA还带来了具备多检测通道的晶圆检测系统Candela 8520。据介绍，该系统采用了专有的光学技术，可同时测量两个入射角的激光散射强度。它可以捕捉到散射信号、反射信号、表面形貌变化、相位变化和光致发光，从而对各种关键缺陷进行自动检测与分类。

外延及衬底检测设备Candela® 8520

在实际应用中，该系统能够帮助SiC制造商敏锐捕捉工艺相关问题，识别并分类这些影响良率的缺陷，包括衬底晶圆上的堆垛层错、微管、划痕、外延生长后的基平面错位(BPDs)等。该系统还具有分析工具，例如缺陷审查、虚拟芯片分级和密度分布图，可以生成全面的检查报告，帮助工艺工程师采取准确的工艺纠正措施。

面对另一种知名的化合物半导体GaN，Candela 8520也可以为其相关晶圆提供表面和光致发光的缺陷检测，对GaN裂纹、凹坑和孔洞进行检测和分类，用于GaN外延生长的缺陷控制。

“ KLA是半导体检测与量测设备供应商，我们开发并提供了检测与量测所需的一系列的设备和工具。但我们生产的不只是设备，还有与之配套的检测与量测的经验和算法，通过服务客户做好两件事情——Defect Engineering和SPC Monitoring，以实现快速提升客户良率和降低客户成本的最终目的。”宋金岩总结说。