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碳化矽粉體與晶圓檢測技術

第三代化合物半導體碳化矽 (Silicon Carbide, SiC) 是一種結合碳和矽的晶圓,具有極高的硬度、優異的熱穩定性、高熱導率及卓越的電性...等等多項特性,這些性能使碳化矽成為高溫、高頻及高壓電子元件的理想材料。有別於第一代半導體材料主要成分由矽構成,碳化矽材料擁有更顯著的優勢,能承受更高電壓、更大功率密度及更快的開關速度,從而提高系統效率並減少能量損耗。特別適用於電動車功率模組、可再生能源發電和5G通訊設備...等應用。

碳化矽在電動車普及化、再生能源和高頻通訊技術的推動下持續發展,並隨著製造技術進步和成本降低而逐漸實現商業化擴展。憑藉其高效能、耐高溫和低功耗特性,碳化矽成為半導體技術中的關鍵材料,幫助各領域提升性能與能源效率。

碳化矽在應用於半導體和高性能電子元件時,需進行多項品質檢測,以確保品質無慮。常見的檢測項目包括:金屬雜質分析、結晶結構檢測、缺陷分析…等等。其中,金屬雜質分析尤為重要,因為即便是微量的金屬污染物,都可能影響其電性和穩定性。

ICP-MS(感應耦合電漿質譜儀)早在第一代半導體就被廣泛應用來量測晶圓金屬汙染,是晶圓終端檢驗的一道重要關卡,因此碳化矽半導體也延續這一道重要檢驗機制。這是因為ICP-MS具有極高的靈敏度,能夠檢測ppb~ppt級甚至更低濃度(ppq等級)的金屬元素,確保晶圓品質要求。藉由ICP-MS的分析,能夠有效監控生產過程中的污染程度,確保材料的品質,從而滿足高性能應用的需求。

碳化矽樣品分析通常分成原物料檢驗及成品檢驗,原物料檢驗主要針對碳化矽粉體進行分析,確保粉體品質可用來製作成碳化矽晶棒。成品檢驗主要針對碳化矽晶圓的最終端檢驗,分析晶圓表面汙染程度,確保晶圓表面潔淨度可滿足客戶需求。兩者樣品都需要進行前置作業,以確保樣品能夠被準確分析。這些前置作業包含了:

1.樣品前處理:前面提到碳化矽材料具有高度耐化學性,因此使用傳統消化技術將碳化矽粉體樣品消化分解成液態是困難的,目前主流消化方式是使用微波消解技術搭配指定化學溶劑,以提高消化分解效率和安全性。另外,碳化矽晶圓部分則是透過萃取液將晶圓表面汙染物萃取下來進行分析。

2.避免污染:ICP-MS檢測靈敏度極高,樣品處理過程中要特別注意避免外界污染。使用高純度試劑(18DI超純水及超純等級化學品)、潔淨的實驗器具(如Teflon材質)和潔淨的工作環境(如無塵室)是必要的。

3.標準液準備:進行ICP-MS分析時會使用可追朔至NIST的多元素標準溶液針對各元素建立檢量線進行分析,且檢量線線性須達0.995以上。

透過這些完善的前置作業,我們可將分析結果更精確地呈現給客戶參考與做判斷。

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