超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用

超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用

作者姓名：林颖

单位名称：中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂）

单位省市：贵州省贵阳市

单位邮编：550018

摘要：随着电子产业的飞速发展，大功率半导体器件在航空航天、能源转换、电动车辆、光伏发电等领域的应用越来越广泛。大功率半导体器件的制造工艺对其性能和可靠性具有决定性的影响。因此，为实现高质量、高效率的制造过程，提高产品可靠性和降低成本，不断探索和引入新的制造工艺技术迫在眉睫。超声波扫描技术是一种基于声波传播原理的非破坏性测试方法，已经在多个领域得到广泛应用。本文将对超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用进行简单探讨。

关键词：超声波扫描技术；大功率半导体；制造工艺；应用

1.超声波扫描技术简介

超声波扫描技术是一种基于声波传播原理的非破坏性测试方法，它通过产生和接收高频声波，对材料表面或内部进行无损检测和分析，具有精度高、速度快、操作方便等优点。

超声波扫描技术的基本原理是：通过发射探头向被测物体发射一定频率范围的超声波，然后由接收探头接收从物体内部反射回来的超声波，通过对反射波的分析和处理，得到被测物体的内部结构和缺陷等信息。

超声波扫描技术被广泛应用于多个领域，如航空航天、能源转换、电动车辆、光伏发电等。在这些领域中，超声波扫描技术可以对大功率半导体器件的制造工艺进行检测和分析，包括芯片缺陷、晶圆翘曲、划痕、沾污等。通过对这些缺陷和问题的检测和分析，可以有效地提高大功率半导体器件的制造质量和可靠性，同时降低生产成本。

2.超声波扫描技术在半导体制造工艺中的应用优势

2.1非破坏性检测

超声波扫描技术是一种非破坏性检测方法，不会对被测物体造成损伤。这使得超声波扫描技术在半导体制造工艺中具有很高的应用价值，可以有效地提高产品的可靠性和降低成本。

2.2高精度和高效率

超声波扫描技术具有高精度和高效率的优点。通过对反射波的分析和处理，可以得到被测物体的内部结构和缺陷信息，同时可以在短时间内对大量产品进行检测和分析，提高了生产效率。

2.3可视化检测结果

超声波扫描技术可以通过可视化技术将检测结果实时呈现出来，使得操作人员可以直观地看到被测物体的内部结构和缺陷信息，便于对产品进行及时的调整和修复。

2.4适应性强

超声波扫描技术可以适用于不同类型的半导体制造工艺中，可以对各种不同类型的半导体器件进行检测和分析。这使得超声波扫描技术在半导体制造工艺中具有很强的适应性和应用价值。

3.超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用

3.1 大功率半导体制造工艺

大功率半导体器件的制造工艺主要包括芯片制造和封装两个阶段。在芯片制造阶段，需要进行的主要工艺步骤包括：外延生长、光刻、刻蚀、离子注入、退火等；在封装阶段，需要进行的主要工艺步骤包括：合金烧结、引线焊接、塑封、打线、测试等。这些工艺步骤中任何一个环节出现问题，都会直接影响大功率半导体器件的性能和可靠性。

3.2 超声波扫描技术在芯片制造阶段的应用

在芯片制造阶段，超声波扫描技术主要被应用于以下几个环节：

（1）外延生长：通过对外延片进行超声波扫描，可以检测外延片表面的缺陷和形貌，如颗粒、划痕、翘曲等，确保外延片的表面质量符合后续工艺要求。

（2）光刻：在光刻工艺后，通过超声波扫描技术对光刻胶表面进行检测，可以发现光刻胶表面的缺陷和问题，如残留物、气泡等，确保光刻胶表面的质量符合要求。

（3）刻蚀：在刻蚀工艺后，通过超声波扫描技术对刻蚀区域进行检测，可以发现刻蚀区域的缺陷和问题，如刻蚀深度不足、残留物等，确保刻蚀区域的质量符合要求。

（4）离子注入：在离子注入工艺后，通过超声波扫描技术对注入区域进行检测，可以发现注入区域的缺陷和问题，如注入深度不足、残留物等，确保注入区域的质量符合要求。

（5）退火：在退火工艺后，通过超声波扫描技术对芯片表面进行检测，可以发现芯片表面的缺陷和问题，如翘曲、气泡等，确保芯片表面的质量符合要求。

通过对芯片制造阶段各个工艺环节的检测和分析，可以有效地提高大功率半导体器件的性能和可靠性。

3.3 超声波扫描技术在封装阶段的应用

在封装阶段，超声波扫描技术主要被应用于以下几个环节：

（1）合金烧结：可以对烧结区域进行检测，发现烧结空洞较大等问题。

（1）引线焊接：通过超声波扫描技术对引线焊接区域进行检测，可以发现引线焊接区域的缺陷和问题，如虚焊、气孔等，确保引线焊接区域的质量符合要求。

（2）塑封：对塑封区域进行检测，可以发现塑封区域的缺陷和问题，如气孔、开裂等，确保塑封区域的质量符合要求。               

通过在各个工艺环节的检测和分析,可以提高产品的质量和可靠性,降低生产成本,实现高质量、高效率的制造过程。

3.4晶圆翘曲检测

在半导体制造工艺中，晶圆翘曲是影响半导体器件制造过程中的一个重要问题。晶圆翘曲会导致晶圆表面不平整，影响后续工艺步骤的正常进行。使用超声波扫描技术对晶圆表面进行扫描，可以检测到晶圆翘曲的存在，并通过对翘曲位置和量的检测和分析，有效地控制晶圆的质量和制造效率。

3.5划痕和沾污检测

在半导体制造工艺中，划痕和沾污是影响半导体器件性能和质量的关键因素之一。划痕和沾污会导致半导体器件的接触不良、电性能下降等问题。使用超声波扫描技术对半导体器件表面进行扫描，可以检测到划痕和沾污的存在，并通过对这些问题的检测和分析，有效地提高半导体器件的质量和可靠性。

4.超声波扫描技术在半导体制造工艺的未来发展趋势

4.1 超声波扫描技术的高精度化和高效化

随着半导体制造工艺的不断发展和进步，对检测技术的要求也越来越高。因此，超声波扫描技术也在不断发展和进步，向着高精度、高效率的方向发展。未来，超声波扫描技术将会更加精细，能够检测更小的缺陷和问题，同时提高检测效率，缩短检测时间，满足半导体制造工艺的高效化需求。

4.2 超声波扫描技术的智能化和自动化

智能化和自动化是未来发展的趋势，超声波扫描技术也不例外。未来，超声波扫描技术将会更加智能化和自动化，能够自动识别和检测缺陷和问题，同时通过对历史数据的分析和比对，实现自动化分类和识别，提高检测准确性和效率。此外，还能够实现自动化记录和分析检测数据，提高数据的利用效率和准确性。

4.3 超声波扫描技术的多维化和全面化

未来，超声波扫描技术将会向着多维化和全面化的方向发展。在半导体制造工艺中，不仅要检测二维表面的缺陷和问题，还需要检测三维内部的结构和缺陷。因此，超声波扫描技术将会在现有的基础上，进一步发展多维超声波扫描技术，实现三维甚至四维的检测和分析，全面提升半导体制造工艺的检测水平和质量。

4.4 超声波扫描技术的绿色化和环保化

随着人们环保意识的不断提高，超声波扫描技术也将会向着绿色化和环保化的方向发展。未来，超声波扫描技术将会采用更加环保和可持续发展的技术和材料，减少对环境的污染和对人体的危害。同时，还能够实现检测废料的减量化、再利用和再循环，实现超声波扫描技术的绿色化发展。

结 语：

超声波扫描技术作为一种非破坏性检测方法，具有高精度、高效率和可视化等优点，在半导体制造工艺中具有广泛的应用前景。通过对超声波扫描技术的进一步研究和应用实践，可以有效地提高大功率半导体器件的制造质量和可靠性，为我国半导体产业的发展做出重要贡献。未来，随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，超声波扫描技术将会进一步发展和完善，为半导体制造工艺提供更加优质、高效、智能、环保的检测解决方案。

参考文献：

[1]赵涛，赵卫，刘航辉，王梦涛. 超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用[J].内江科技，2019.

[2]王素彬.基于超声波扫描技术的SMD LED失效研究[J].科技创新导报，2017.