金相顯微鏡下的“芯”世界——晶片電極表面缺陷檢測應用場景

在半導體制造領域，晶片電極表面的質量直接影響器件性能與良率。金相顯微鏡憑借其高分辨率、大視場、多成像模式以及相對較低的成本，成為晶片電極表面缺陷檢測的得力工具。以下是金相顯微鏡在晶片電極表面缺陷檢測中的一些典型應用場景。

（一）硅晶圓金屬電極層檢測

●背景：硅晶圓在制造晶體管、二極管等器件時，表面會沉積金屬層作為電極。

●檢測需求：金屬層的均勻性、是否存在劃痕、凹坑、顆粒等缺陷。

                晶片表面  

●明場觀察：快速獲取金屬電極層的整體形貌，檢查是否有大的劃痕或凹坑。

●暗場觀察：高對比度檢測金屬層上的微小顆粒和裂紋，這些缺陷在暗場下呈現亮斑，易于識別。

                                                           晶片暗場下觀察

●微分干涉（DIC）：測量金屬層表面的臺階高度和粗糙度，評估電極層的平整度，確保其滿足后續工藝要求。

二）功率器件厚鋁電極檢測

●背景：功率器件如IGBT、MOSFET等，其電極通常較厚且電流承載能力要求高。

●檢測需求：厚鋁電極的完整性、是否存在裂紋、孔洞以及鋁層的致密性。

●金相顯微鏡應用：

●高倍率觀察：使用50×或100×物鏡，清晰觀察厚鋁電極的晶粒結構和晶界，檢查晶界處是否有裂紋或孔洞。

●偏振光觀察：分析鋁層的應力情況，應力集中可能導致器件在使用過程中失效，偏振光下應力區域呈現雙折射現象，便于識別。

 ●圖像拼接：對大面積電極區域進行圖像拼接，快速獲得整個電極層的完整圖像，全面評估電極質量。

（三）LED芯片電極檢測

●背景：LED芯片的電極負責電流注入，其質量影響LED的光效和壽命。

●檢測需求：電極的清晰度、是否有短路風險、電極邊緣是否整齊以及是否存在污染物。

●金相顯微鏡應用：

          蔡康MCK-40MC金相顯微鏡

●高分辨率成像：清晰觀察LED芯片電極的精細圖案，檢查電極線條是否有毛刺、斷裂或橋接現象，這些缺陷可能導致芯片短路或電流分布不均。

 ●測量功能：精確測量電極的寬度和間距，確保其符合設計規格，避免因尺寸偏差導致的性能問題。

（四）射頻器件金電極檢測

●背景：射頻器件如射頻放大器、濾波器等，其電極通常采用金材料以保證良好的導電性和抗氧化性。

●檢測需求：金電極的連續性、表面粗糙度以及是否有金層脫落。

●金相顯微鏡應用：

●暗場和DIC結合：在暗場下快速發現金層脫落區域，這些區域在暗場下呈現明顯的暗斑；DIC模式下觀察金層表面的微觀起伏，評估表面粗糙度，確保其滿足射頻信號傳輸的低損耗要求。

●高倍率細節觀察：檢查金電極的邊緣是否整齊，是否有金層翹起或剝離現象，這些缺陷可能導致器件在高頻信號作用下性能下降或失效。

（五）晶圓級封裝（WLP）凸點電極檢測

●背景：晶圓級封裝技術在晶圓上直接制作凸點作為電極，實現芯片與外部電路的連接。

●檢測需求：凸點的形狀、尺寸、表面缺陷以及是否有空洞。

●金相顯微鏡應用：

                    蔡康MCK-40MC金相顯微鏡搭配光學冷熱臺

●3D成像功能（部分金相顯微鏡具備）：獲取凸點的三維形貌，精確測量凸點的高度和直徑，確保其符合封裝要求。

 ●高倍率觀察：檢查凸點表面是否有劃痕、凹坑等缺陷，這些缺陷可能影響凸點與基板的結合強度。

●透射光觀察（對于透明晶圓）：觀察凸點內部是否有空洞，空洞在透射光下呈現亮點，便于及時發現和剔除不合格凸點，提高封裝良率。

結語

金相顯微鏡在晶片電極表面缺陷檢測中發揮著的作用，從常規的硅晶圓金屬電極的射頻器件金電極，再到晶圓級封裝凸點電極，都能提供高效、準確的檢測解決方案。隨著半導體技術的不斷發展，金相顯微鏡也在不斷升級，如更高的分辨率、更多的成像模式以及與其他分析技術的聯用，將持續為晶片電極質量檢測提供強有力的支持，助力半導體產業提升良率和可靠性。