產(chǎn)品列表 / products
芯片被稱為信息產(chǎn)業(yè)的糧食和“大腦",是信息社會的基石,在信息化、智能化不斷加快的今天,芯片已經(jīng)成為戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。可以說,芯片作為支撐中國經(jīng)濟持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展、特別是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)崛起,其地位更是不可迭代。然而,芯片制造是一項極為復雜和精細的工藝,很多重要環(huán)節(jié)都需要精密的檢測手段發(fā)現(xiàn)缺陷。本期“專家訪談"欄目邀請半導體顯微技術(shù)大咖、無錫廣電計量副總經(jīng)理陳振博士,暢談電子顯微技術(shù)在芯片、半導體檢測領(lǐng)域的應用,破解芯片制造難題。
陳 振
無錫廣電計量副總經(jīng)理
復旦大學博士,上?!翱萍紕?chuàng)新行動計劃"專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺項目負責人,江蘇省第三代半導體器件性能測試與材料分析工程研究中心副主任,南京大學和西安電子科技大學碩士研究生兼職導師,所主持的先進制程芯片顯微分析項目獲得2023年度上海市“10檢驗檢測創(chuàng)新案例"。
精通多種顯微分析技術(shù),在顯微分析技術(shù)領(lǐng)域擁有近10年的研究積累,主要從事半導體材料及工藝的顯微分析、芯片失效分析等相關(guān)技術(shù)的研究與工程應用工作,具有豐富的為晶圓廠、封裝廠、芯片設(shè)計公司等提供半導體分析檢測服務(wù)的經(jīng)驗。參與多項國級研究課題,發(fā)表SCI論文及英文論著十多篇。
隨著集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片結(jié)構(gòu)和功能日益復雜,芯片的制造難度也日益增加,新材料、新工藝的導入為芯片設(shè)計、生產(chǎn)和制造帶來了全新的挑戰(zhàn),特別是工藝制程不斷迭代,芯片關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的尺寸逐漸減小到常規(guī)檢測手段無法觀測的納米級尺寸。芯片晶圓制造工藝中的微納結(jié)構(gòu)的精準分析,是提升芯片制造良率和產(chǎn)品性能的關(guān)鍵,也成為芯片晶圓制造行業(yè)普遍關(guān)注的問題。
芯片良率就是晶圓上合格芯片數(shù)量與芯片總數(shù)的比值,這個數(shù)值越大,說明有用芯片數(shù)量越多,浪費越少,成本也就越低,利潤越高。芯片制造的每一個階段,從晶圓制造、中測、封裝到成測,每一步都會對總良率產(chǎn)生影響。
芯片良率如此重要,全行業(yè)都非常關(guān)注,晶圓廠、IC設(shè)計企業(yè)、半導體設(shè)備和材料廠商,以及行業(yè)科研機構(gòu)都在進行各種研究探索,為提升芯片良率添磚加瓦。在此背景下,分辨率可達到原子尺度的電子顯微技術(shù),如透射電子顯微鏡(TEM)等,就成為了芯片制造工藝監(jiān)控、失效分析、良率提升、工藝研發(fā)和失效分析不可少的工具。
人眼的分辨能力大概只能到0.1-0.2mm,光學顯微鏡的分辨能力大概只能到0.2um左右,如果想觀察更微小的結(jié)構(gòu),就需要借助到基于電子顯微技術(shù)的電子顯微鏡去實現(xiàn)。電子顯微鏡是一種借助電子束作為光源,利用電磁透鏡聚焦成像的高級科學儀器。它能讓人看到納米級的微觀世界,近些年發(fā)展的高分辨透射電子顯微鏡甚至可以讓人看到皮米級的原子像。電子顯微鏡的出現(xiàn),把人們由宏觀世界引入到了微觀世界,極大的促進了當代科技的發(fā)展。
在工業(yè)發(fā)展中,電子顯微鏡是工業(yè)的“眼睛",尤其是高科技相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)應用中,電子顯微鏡可以說具有極其重要的地位。電子顯微鏡常見的主要有三種,分別是透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和聚焦離子束電子顯微鏡(FIB)。透射電子顯微鏡(TEM)曾被《科技日報》評為制約我國工業(yè)發(fā)展的35項“卡脖子"技術(shù)之一,可見其在工業(yè)應用中具有舉足輕重的地位。
在芯片領(lǐng)域,為了不斷提升芯片性能,制造商們需要將芯片內(nèi)部的晶體管陣列設(shè)計得如同城市網(wǎng)絡(luò)般復雜紛繁,達到在芯片中容納更多晶體管的目的。因此,晶體管尺寸被設(shè)計得越來越小,它們之間的距離也靠得越來越近。如此精密的設(shè)計與排布,也令到行業(yè)遇到一個難題:如何才能在不破壞芯片的前提下,去觀察芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?電子顯微鏡的應用,讓工程師們能夠看清楚芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),確保完工的芯片結(jié)構(gòu)與最初的設(shè)計相吻合。
基于電子顯微技術(shù)的電子顯微鏡,如透射電子顯微鏡、聚焦離子束電子顯微鏡等,在半導體制造領(lǐng)域具有非常廣泛的用途,如晶圓制造工藝分析、芯片失效分析、芯片逆向分析等,成為了精準解析先進制程晶圓制造工藝中微納結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)備。
在半導體制造領(lǐng)域如芯片的晶圓制造領(lǐng)域,電子顯微鏡通常會作為新工藝研發(fā)、量產(chǎn)導入驗證、量產(chǎn)工藝監(jiān)控、量產(chǎn)良率提升和失效分析的分析手段,電子顯微鏡的使用,貫穿于大部分關(guān)鍵的芯片晶圓制造工藝段,如刻蝕、薄膜生長等工藝段,可以說,電子顯微鏡是工程師的眼睛,工藝監(jiān)控和調(diào)整,時刻離不開電子顯微鏡的輔助。
除了應用在半導體制造領(lǐng)域外,電子顯微鏡還在半導體設(shè)備研發(fā)、新材料研發(fā)、新型微納器件研發(fā)制造等領(lǐng)域具有非常廣泛的應用。
在半導體設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域,尤其是刻蝕設(shè)備和薄膜生長設(shè)備的研發(fā),電子顯微鏡也充當了工程師的眼睛,是工程師驗證設(shè)備性能的關(guān)鍵分析手段。
在新材料研發(fā)領(lǐng)域,如鐵電材料、超導材料、新型電極材料、特種合金材料的研發(fā)等,電子顯微鏡也是關(guān)鍵的分析手段,可以借助電子顯微鏡的電子衍射、電子能量損失譜、電子能譜儀、高分辨成像等從極微觀的角度來分析材料的基本特性,包括原子組成、原子構(gòu)效關(guān)系、晶體結(jié)構(gòu)、微區(qū)化學成分等,從而指導新型材料的研發(fā)。
在新型微納器件研發(fā)制造領(lǐng)域,如半導體器件MEMS、激光器芯片、量子芯片等,電子顯微鏡也是輔助人們進行微納結(jié)構(gòu)設(shè)計、解剖、性能優(yōu)化和量產(chǎn)良率提升的關(guān)鍵手段。
聚焦顯微分析技術(shù)領(lǐng)域 找準“中國芯"對策4nm制程晶圓級TEM分析圖
國家正大力攻關(guān)集成電路領(lǐng)域,著力解決芯片 “卡脖子"問題,加快自主創(chuàng)新步伐。廣電計量擁有透射電子顯微鏡(TEM)、雙束聚焦離子束(DB FIB)、掃描電子顯微鏡(SEM)等電子顯微分析常用到的高級設(shè)備,在半導體顯微分析相關(guān)領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗,能夠更好地服務(wù)我國芯片設(shè)計及制造企業(yè),保障自主知識產(chǎn)權(quán)安全。
在晶圓制造工藝分析方面,可以提供4nm及以上先進制程晶圓制造工藝分析、存儲芯片晶圓制造工藝分析等;
在芯片失效分析方面,可以提供芯片失效點位置微觀形貌及微區(qū)成分分析,包含漏電、短路、燒毀、異物等異常失效點位的平面制樣分析、截面制樣分析以及平面轉(zhuǎn)截面分析。包含形貌觀察、尺寸量測、微區(qū)成分分析,可精準到1.0 nm以內(nèi);
在芯片逆向分析方面,可以提供各種半導體器件關(guān)鍵微納結(jié)構(gòu)的解析能力,包括關(guān)鍵工藝結(jié)構(gòu)解剖、尺寸量測、微區(qū)結(jié)構(gòu)成分分析等;
在封裝工藝分析方面,可以提供封裝工藝異常分析,如TSV孔、Via孔、RDL布線層、凸點等異常分析;在半導體工藝分析方面,可以提供刻蝕設(shè)備工藝、成膜設(shè)備工藝的異常分析;
在材料分析方面,可以提供高分辨原子級成像分析、微區(qū)材料成分定性分析、晶格缺陷分析、析出相分析等。