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碳化矽粉体与晶圆检测技术

第三代化合物半导体碳化矽(Silicon Carbide, SiC) 是一种结合碳和矽的晶圆,具有极高的硬度、优异的热稳定性、高热导率及卓越的电性...等等多项特性,这些性能使碳化矽成为高温、高频及高压电子元件的理想材料。有别于第一代半导体材料主要成分由矽构成,碳化矽材料拥有更显著的优势,能承受更高电压、更大功率密度及更快的开关速度,从而提高系统效率并减少能量损耗。特别适用于电动车功率模组、可再生能源发电和5G通讯设备...等应用。

碳化矽在电动车普及化、再生能源和高频通讯技术的推动下持续发展,并随着制造技术进步和成本降低而逐渐实现商业化扩展。凭借其高效能、耐高温和低功耗特性,碳化矽成为半导体技术中的关键材料,帮助各领域提升性能与能源效率。

碳化矽在应用于半导体和高性能电子元件时,需进行多项品质检测,以确保品质无虑。常见的检测项目包括:金属杂质分析、结晶结构检测、缺陷分析…等等。其中,金属杂质分析尤为重要,因为即便是微量的金属污染物,都可能影响其电性和稳定性。

ICP-MS(感应耦合电浆质谱仪)早在第一代半导体就被广泛应用来量测晶圆金属污染,是晶圆终端检验的一道重要关卡,因此碳化矽半导体也延续这一道重要检验机制。这是因为ICP-MS具有极高的灵敏度,能够检测ppb~ppt级甚至更低浓度(ppq等级)的金属元素,确保晶圆品质要求。藉由ICP-MS的分析,能够有效监控生产过程中的污染程度,确保材料的品质,从而满足高性能应用的需求。

碳化矽样品分析通常分成原物料检验及成品检验,原物料检验主要针对碳化矽粉体进行分析,确保粉体品质可用来制作成碳化矽晶棒。成品检验主要针对碳化矽晶圆的最终端检验,分析晶圆表面污染程度,确保晶圆表面洁净度可满足客户需求。两者样品都需要进行前置作业,以确保样品能够被准确分析。这些前置作业包含了:

1.样品前处理:前面提到碳化矽材料具有高度耐化学性,因此使用传统消化技术将碳化矽粉体样品消化分解成液态是困难的,目前主流消化方式是使用微波消解技术搭配指定化学溶剂,以提高消化分解效率和安全性。另外,碳化矽晶圆部分则是透过萃取液将晶圆表面污染物萃取下来进行分析。

2.避免污染:ICP-MS检测灵敏度极高,样品处理过程中要特别注意避免外界污染。使用高纯度试剂(18DI超纯水及超纯等级化学品)、洁净的实验器具(如Teflon材质)和洁净的工作环境(如无尘室)是必要的。

3.标准液准备:进行ICP-MS分析时会使用可追朔至NIST的多元素标准溶液针对各元素建立检量线进行分析,且检量线线性须达0.995以上。

透过这些完善的前置作业,我们可将分析结果更精确地呈现给客户参考与做判断。

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