虹科案例|市场上第一个快速无损用于晶圆质量控制的太赫兹系统

背景：晶圆及测试技术

晶圆指的是半导体集成电路所用的晶片，由于形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可以加工制造各种电路元件结构，成为具有特定电气功能的集成电路产品。

晶圆的原始材料是硅，地壳表面有取之不尽的二氧化硅。硅矿经电弧炉精炼，盐酸氯化，蒸馏，生产出纯度高达99%的高纯多晶硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。

晶圆经多次光掩模处理，其中每一次的步骤包括感光剂涂布、曝光、显影、腐蚀、渗透、植入、刻蚀或蒸著等等，将其光掩模上的电路复制到层层晶圆上，制成具有多层线路与元件的IC晶圆，再交由后段的测试、切割、封装厂，以制成实体的集成电路成品，从晶圆要加工成为产品需要专业精细的分工。在晶圆制造完成之后，晶圆测试是一个非常重要的环节。测试是为了以下三个目标：第一，在晶圆送到封装工厂之前，鉴别出合格的芯片。第二，器件/电路的电性参数进行特性评估。工程师们需要监测参数的分布状态来保持工艺的质量水平。第三，芯片的合格品与不良品的核算会给晶圆生产人员提供全面业绩的反馈。在这个过程中，选择合适检测技术十分重要，需要保证每一个芯片的电性能和电路机能都被检测到，同时保持快速、精准的检测效果。

常见的电性能检测方法可以分为宏观尺度和微观尺度。宏观类方法比如探针法，可以得到被测样品的电导率，但是需要接触的方式会对样品造成损伤。而微观类的方法，比如AFM、SEM等技术，可以实现nm级别的参数图像分辨率，然而复杂的样品制备程序与扫描成像的慢速度限制了其在工业领域的应用。

随着芯片的面积增大和密度提高，晶圆的检测技术需要同时满足高精度与高检测速度的要求，同时需要采用非接触的方式，尽可能减少对样品的损伤。

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虹科解决方案：太赫兹 Onyx 平台

虹科提供的太赫兹 Onyx 系统是晶圆质量控制的完美解决方案，也是市场上第一个旨在利用太赫兹波实现石墨烯、薄膜和其他2D材料的全区域无损表征的系统。

Onyx 系统是一种基于太赫兹光谱学的专利系统，发射的太赫兹波与材料相互作用后的时域信号被收集，随后通过傅里叶变换转化为频谱信号后，将此信号与参考信号的频谱数据进行分析即可得到被测样品的性能参数。

Onyx 系统可以表征从0.5 mm²到更大面积（m²），填补了宏观尺度和微观尺度之间表征工具的空白，从而推动了研究材料的产业化。该技术是无害的，不需要样品制备，并且可以测量样品质量的空间分布。不使用显微镜也能实现几百微米的空间分辨率下的大样品区域的快速表征，最佳分辨率可达到50um。

单次测量即可得到以下测量结果

电阻率

电荷载流子密度

电导率

折射率

电荷载流子迁移率

基板厚度

Onyx 系统符合 IEC TS 62607-6-10：2021 技术规范，该规范涉及使用太赫兹时域光谱法测量石墨烯基材料的片状电阻。

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结果：快速无损的晶圆质量控制

Innovations for High Performance (IHP)是由德国联邦和州政府机构资助的非大学研究机构，也是莱布尼茨协会的成员。

IHP 是硅/锗电子领域世界领先的研究机构之一。它在半导体技术，材料研究，高频电路设计和系统解决方案方面拥有广泛的专业知识，其电子和光子电子技术和电路是世界上最强大的技术和电路之一。通过其研究和制造服务，IHP 为德国和欧洲的创新实力做出了重大贡献，特别是在超高频电子领域。该研究所的研究成果应用于社会重要领域，如半导体制造，无线和电力宽带通信，健康，空间，工业 4.0 和农业 4.0。

由先进材料构成的晶圆广泛应用于微电子产品的制造，IHP 需要一种快速可靠的非接触式测量方法以测量其导电性和其他电学特性。而如今的可靠检测方法要么是接触式，要么测量速度太慢。同时，检测精度很高的方法由于太慢而无法进行大面积测量，而那些能快速大面积测量的方法往往不够准确。Onyx 系统为将先进材料的晶圆集成到微电子元件中提供了一种无损，非接触式，快速且更可靠的质量控制过程。由于是非破坏性的，每个部分都可以单独，更可靠，更有效地进行分析。通过映射整个晶圆区域而不是单个点，它可以在生产过程的最早阶段识别有缺陷的零件。