你从未见过的全新SiC失效定位方案

激光

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：

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。

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。

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。

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[e-mail]与我们取得联系。

图5 PHEMOS-X 微光显微镜

审核编辑 黄宇