KSI超声波扫描显微镜在半导体行业的应用

电子扫描显微镜在半导体工业中的应用摘要：本文介绍了扫描电镜的基本理论，对各组成部分逐一阐述，探讨特殊半导体样品的制备和电镜操作技巧，从而实现最佳的观测结果。

1.扫描电镜的系统组成下图详细的勾勒了扫描电镜系统组成，各个组成的子系统环环相扣，共同决定了成像的质量，比如放大倍数，分辨率，景深，对比度和亮度。

1.1.真空系统真空环境对于电子束是极为重要的，没有足够的真空，会气体分子，从而无法产生受控的电子束，电子束会被气体分子撞击从而产生散射。

扫描电镜的真空度需要控制在10-4 托以下，大多数电镜需要10-6 托或者更高的真空度。

真空度越高，从而能产生更加精细的电子束，扫描电镜的成像性能就会提升。

为了将大气压降低到10-6托，通常会使用两级泵，低级真空泵（从大气压降至10-3托）和高级真空泵（从10-3托降至10-6托或者更低）。

1.1.电子束的产生下图显示了热发射和场发射形成电子束的机理，电子枪产生电子束以后，施加电场加速至1-40千伏，然后通过电磁透镜将电子束聚焦成一个更为精细的斑点至样本表面。

1.1.电子束处理电子枪形成的电子束由电磁透镜和其线圈组件进行处理，电磁透镜的作用是缩小电子束斑的大小，扫描线圈提供入射电子束在样品表面已经阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步信号，控制电子束扫描位置和扫描振幅，获得所需放大倍数。

1.1.电子束与样品产生的信号电子束与样品撞击产生的信号量好比一粒‘水滴’的形状，如下图所示，趋于样品表面，信号覆盖范围小，但分辨率高，趋于样品内部，则相反。

下图对常用的检测信号简要说明。

1.1.背散射电子。

是从样品中反射出的入射电子束，其产额随原子序数的增加而增加，因而对于分析样品形貌特征和显示原子序数衬度的定向成分分析非常有用。

其一般在50-200纳米深处逸出。

1.1.二次电子。

二次电子是入射电子撞击出的样品的核外电子。

此散射过程发生在样品表层5-10纳米的区域，其溢出量与样品表面的形貌相关，所以可以用来观测样品表面的微观结构。

Technological Innovation32《华东科技》超声波检测在半导体工艺中的应用张育坤，罗 璨（中国振华集团永光电子有限公司，贵州 贵阳 550000）摘要：超声波检测是常见的无损检测技术，广泛地应用于半导体工艺，管道无损检测等方面。

本文结合实际案例，对半导体工艺中的超声检测技术进行分析，研究超声检测在器件焊接，半导体封装等方面的应用，期望为相关研究提供参考。

关键词：半导体工艺；超声波检测；应用分析半导体生产与封装过程中，由于半导体制造工艺复杂，因此会产生填充胶孔洞，塑料蜂胶和封面产生裂纹等问题。

工业上常用的无损检测方法包括超声检测法，X 射线检测法等多种方法。

综合对比不同的无损检测法，超声可用于半导体技术的应用与分析。

采用超声波扫描仪进行检测，在全自动检测模式下，可以通过分析接收的信号，与正常的信号进行对比，从而能够自动识别半导体工艺中的缺陷。

但是由于半导体工艺复杂，而且半导体工艺内部结构复杂，因此简单地超声回声法的应用存在缺陷。

本文通过对比不同的无损检测法，在对超声扫描检测原理研究的基础上，对不同半导体封装失效模式进行研究，包括对半导体内部裂纹，硅通孔和倒装焊工艺中的填充胶孔洞进行检测，从而分析超声检测的应用价值同时探讨半导体工艺中的超声检测的应用情况。

1 半导体无损检测技术 工业上常用的无损检测技术包括超声检测技术，X 线检测技术，微波无损检测技术等。

对于半导体工艺而言，不同的无损检测技术具有不同的特点，而且可应用于不同的方面。

1.1 超声检测技术 超声检测技术是利用超声波的工作原理，在超声扫描的作用下，探头发射出超声波透过界面样品，并且由此穿透界面，同时部分声波反射被载体吸收。

通过分析反射吸收的超声信号，能够了解界面的情况，为无损检测提供依据。

从超声检测来看，不同材料吸收超声信号以及反射超声信号的能力不同如果材料中存在缺陷时，会出现回声信号的倒转。

在超声扫描检测中，通过识别物体的缺陷区域，并且标记为红色部位，能够为后续的判断和研究提供参考。

声学扫描显微镜检查在塑封器件检测中的应用陈章涛;潘凌宇【摘要】随着塑封器件在武器系统中的使用越来越广泛，塑封器件在使用中也暴露出了一些问题，如塑封器件易打磨、翻新，内部易进入水汽产生爆米花效应或内部界面分层等。

作者总结近几年塑封器件DPA试验中出现的各种失效，重点对塑封器件内部界面分层以及分层产生的原因、危害进行了论述。

同时，论述了声学扫描显微镜检查对内部界面分层的辨别、原理及其相关试验标准等，提出了塑封器件在型号产品中的使用建议。

%With the widespread use of the Plastic Encapsulated Microcircuit(PEM)in weapon system, the PEM in use also exposed some problems, For example the PEM is easy to burnish or Face-lift, and the inside is easy to enter the water vapor produce popcorn effect or internal interface delaminate, etc. The author collected the DPA tests of PEM appeared in all kinds of failure in recent years, focus discussion on internal interface delamination, the reason of internal interface delamination and the harm. At the same time, discussing the SAM to internal interface delaminated discrimination, principle, related standard etc, put forward the PEM in the use of type of product advice.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P9-12)【关键词】塑封器件;DPA;超声扫描【作者】陈章涛;潘凌宇【作者单位】湖北航天计量测试技术研究所，湖北孝感 432100;湖北航天计量测试技术研究所，湖北孝感 432100【正文语种】中文【中图分类】TN4061 引言随着集成电路封装、焊接技术的发展，塑封器件由于其体积小、重量轻、成本低、集成度高、易采购等特点，其应用也越来越广泛。

超声扫描检测技术在半导体行业中的应用摘要：超声扫描检测技术应用越来越广泛,半导体、材料和生物医学等方面均利用了超声扫描技术。

论文主要对超声扫描检测技术在半导体行业中的应用进行了简单的介绍,同时介绍了塑封微电路的超声扫描检测标准,并提供了一些数据以及建议作为参考。

关键词：超声扫描; 半导体; 缺陷; 塑封微电路; 分层Class Number TN305.971 引言超声扫描检测技术是应用最广泛的无损检测方法之一[1]。

超声扫描检测技术利用进入被检样品的超声波对材料表面或内部缺陷进行检测。

超声扫描检测系统不仅能检测分层、气孔、裂缝和夹杂等缺陷,而且在判别密度差异、弹性模量、厚度等特性和几何形状的变化方面也具有一定的能力。

在半导体领域内,可以用于检测半导体材料内部多种缺陷:裂纹、分层、夹杂物、附着物、空隙等;通过图像对比度可以判别材料内部声阻抗差异、确定缺陷形状和尺寸、确定缺陷方位[2]。

本文主要讲述超声扫描检测技术在半导体中的应用。

2 超声扫描检测技术超声扫描检测的工作原理:脉冲发生器产生信号脉冲,激励压电传感器,由传感器产生特定频率的超声波,经由耦合介质(如去离子水)传播到达样品。

超声波在传播过程中需要均匀而连续的介质,因此在遇到不同介质时,将发生反射。

空洞、分层、裂纹等不连续界面都会干扰超声信号传播或导致超声信号发生反射。

传感器发射出超声波,同时也对界面反射回的超声波进行接收,经信号处理,最后得到一张高分辨率的超声波图像,而图像包含样品超声扫描检测层面各点信息。

通过图像,最后对所关注区域进行判断。

超声扫描检测的方式主要以透射扫描和反射扫描为主。

透射扫描是一种基本的检测方式,发射和接收的传感器分别位于样品上下两侧,超声波通过样品到达接收传感器,和X射线检测相似,使用超声波透射检测可快速观察到样品内部的缺陷,而且容易操作,但是无法对缺陷的尺寸和位置进行测试,只能确定缺陷的存在与否。

透射扫描中超声波透过样品全部厚度,这种操作模式提供的是该部件全部的投影图像。

超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用随着科技的不断发展，半导体晶片逐渐成为人们生活中不可或缺的基础元件。

在半导体晶片生产中，检测是至关重要的一步，因为只有通过严格的检测才能保证生产出来的晶片质量稳定可靠。

而超声波检测技术则成为了半导体晶片检测中的一种常用技术，下面我们就来了解一下超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用。

一、超声波检测技术的原理及特点超声波检测技术是指通过超声波在被测物体中进行传播、反射、衍射等过程，来检测物体的性质和结构的一种技术手段。

这种技术主要可分为脉冲回波法和多普勒效应法两种。

超声波检测技术具有以下几个显著的特点：1、非接触性：由于其探测原理，超声波检测技术不需要与被测物体有任何接触，只需将探头靠近被测物体即可进行检测。

2、高精度：超声波检测技术具有较高的精度，可检测到微小的变化，并可对被测物体进行精确定位。

3、高效率：超声波检测技术在检测速度方面非常快，能够实现快速的检测和诊断。

二、超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用主要体现在以下几个方面：1、晶片的外壳检测：半导体晶片在生产过程中，通常需要进行外包装，这就需要对外包装进行检测。

超声波检测技术可以通过对外包装进行超声波探测，检测出外包装是否完好，以及是否存在裂口、孔洞等问题，从而保证晶体芯片包装过程的质量。

2、结合层检测：半导体晶片通常都是由不同的层级结合而成，如晶圆、芯片、电极等，并需要通过焊接等方式进行连接。

这就需要在生产过程中对这些连接进行检测。

超声波检测技术可以通过对芯片与电极之间的结合层进行超声波探测，来检测结合层的质量，从而保证芯片电极连接的可靠性。

3、芯片的缺陷检测：在半导体晶片生产过程中，由于种种原因，可能会出现芯片的缺陷，例如裂缝、气泡、金粒等。

这些缺陷会严重影响芯片的性能。

超声波检测技术可以通过对芯片进行超声波探测，检测出芯片内部是否存在缺陷，从而保证芯片性能的稳定。

半导体芯片常用失效分析方法失效分析赵工半导体工程师 2022-10-12 09:06 发表于北京显微镜分析OM 无损检测:蔡司金相显微镜OM服务介绍：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。

金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

服务范围：可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用服务内容：1.样品外观、形貌检测2.制备样片的金相显微分析3.各种缺陷的查找体视显微镜OM 无损检测:蔡司服务介绍：体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。

是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。

对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。

视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。

服务范围：电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察服务内容：1.样品外观、形貌检测2.制备样片的观察分析3.封装开帽后的检查分析4.晶体管点焊、检查X－Ray无损检测:德国依科视朗服务介绍：X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。

而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

服务范围：产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测服务内容：1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷C-SAM（超声波扫描显微镜)，无损检测:sonix1.材料内部的晶格结构，杂质颗粒．夹杂物．沉淀物．2. 内部裂纹.3.分层缺陷.4.空洞,气泡,空隙等.I/V Curve advanced smart-1服务介绍：验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。

超声波显微镜在无损检测中的应用陈昌华马钢股份有限公司技术中心摘要介绍了三种显微镜的原理及超声波显微镜在产品检测中的应用。

声学显微镜是无损、精细、高灵敏度地分析物体内部及表层结构的新型检测设备，利用时间门电路技术可以区分和获得材料内部不同深度的尺寸为微米到百微米的结构和缺陷。

研究结果表明，超声波显微检测技术具有层间结构图像直观等特点,可用于电子工业、化工行业及钢铁工业等领域材料质量等方面的检测。

检测过程中可实时显示被测材料的A ,B 和C三种扫描图像,缺陷检测结果直观。

主题词超声波；显微镜；C-SAM；连续谱；灰度谱；深度C扫描；幅度C扫描1.前言超声波显微镜(SAM)是以现代微波声学、硬件信号处理和计算机软件为基础，可以无损、精密地观察材料内部结构三维图像(3D Image)的新型声学设备。

超声波检测具有良好的穿透性、反射性，易于穿透不透明的物体及二种声阻抗之间易形成反射波（声压反射率公式：rp=（Z2cosα-Z1cosβ）/（Z2cosα+Z1cosβ），式中：Z1-介质的声阻抗；Z2-介质的缺陷声阻抗；α-入射角；β-反射角，当超声波垂直入射时，cosα=cosβ=1；当入射波与反射波同为一种波型时，α=β，上述公式简化为：rp=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)），超声波显微反差的机理是被测材料微观声学参数或力学参数的差异与分布。

传统超声检测技术的工作频率是1～10MHz ,由于其使用频率较低,检测分辨率不高；而超声显微检测技术最常用的工作频率为10～100MHz，甚至可以达到2GHz, 检测分辨率极高。

超声波扫描显微镜的特点在于能够精确的反映出材料声波和微小的弹性介质之间的相互作用，并对从材料内部反馈声阻抗的信号进行分析，图像上（B-Scan, C-Scan）的每一个象素点对应着材料内某一特定深度的一个二维空间坐标点上的信号反馈。

一副完整的图像逐行逐列的扫描材料完成，反射回来的超声波信号调理后送出检波或射频，这样就可以用信号传输的时间反映出材料的深度，用户可通过屏幕上的数字波形展示出接收到的反馈信息（A-Scan，TOFD）。

试论半导体工艺技术中如何进行超声波的检测及应用作者：包祯美来源：《科技风》2017年第07期摘要：半导体工艺在医院的医疗设备中的应用较为广泛，那么针对当前半导体工艺技术的发展，如何在进行超声波的检测中提升半导体的工艺技术，优化技术水平，从而为患者提升检测结果等方面具有积极的意义。

因此，本文就此进行了分析论述，并在论述中结合相关案例提出了相关对策和建议。

关键词：半导体；工艺技术；超声波超声扫描检测技术是被广泛应用于各行各业的无损检测方法之一。

该技术广泛应用于裂缝、气孔检测等缺陷，又能判定弹性模量、密度差异等特性。

对于半导体材料，可用来检测其内部多种缺陷；还可利用图像对比度确定缺陷的具体情况。

本文主要阐述超声扫描检测技术在半导体中如何应用。

一、超声扫描检测技术工作原理：脉冲发生器产生脉冲信号，触动压电传感器，压电传感器产生某频率的超声波，超声波再经过耦合介质传到样品。

不断裂的媒介是必不可少的，所以在传播过程中若遇到不同介质将会产生反射。

断断续续的界面也会干扰超声信号，甚至出现反射现象。

传感器不仅发射超声波，还接收超声波，对信号进行处理后可得到一张分辨率较高的超声波图像，该图像将展现样品层面的各点信息。

然后根据图像显示的内容确定其情况。

透射扫描属于基本的检测方式，样品上部的发射传感器发射超声波，超声波透过样品到达处于样品下侧的接收传感器，整个过程便于操作，且能迅速观察到样品的内部缺陷，但只能确定缺陷是否存在而缺陷的位置与大小无从而知。

透射扫描的结果展现的是该部件所有的投影图像。

由于超声波无法通过空隙，因此这些位置在图像上显示为黑色，很有可能出现漏检情况，一般很少使用[ 2 ]。

同样，在反射时，部分材料的声阻抗在界面处与空洞等缺陷相同，无法直接观察缺陷的情况，可对样品进行透射扫描。

反射扫描时，超声波遇到不同的阻抗界面，会产生反射现象。

对反射波进行分析，能够确定缺的尺寸及位置，有很多种检测方法，详见下图。

扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用随着半导体技术的发展，人们对于半导体器件的质量和性能要求越来越高，因此需要一些高精度的检测方法来保证其质量。

其中，扫描隧道显微镜是一种非常有效的检测方法。

本文将会探讨扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用。

一、扫描隧道显微镜的原理扫描隧道显微镜是一种基于量子效应的显微镜，可以用来观察分子、原子和表面的拓扑结构等微观结构。

其原理是利用物体表面的电荷分布对隧道电流的影响，从而得出物体表面的拓扑信息。

扫描隧道显微镜主要由扫描隧道探针、样品平台、信号采集和处理系统等组成。

扫描隧道探针具有极小的针尖和针尖下方的导电面。

在测量过程中，将探针保持在距离样品表面0.4纳米左右的位置，然后将探针沿着样品表面移动，这样就可以得到一系列的隧道电流信号。

这些信号会被放大、数字化和处理，最终得到一张图像，显示样品表面的拓扑结构。

二、扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用半导体器件通常具有复杂的微观结构和尺寸特征，因此需要高精度的检测方法来评估其质量和性能。

扫描隧道显微镜正是一种可以提供高精度、高分辨率的器件检测方法，广泛应用于半导体器件制造和研究中。

1.器件表面检测扫描隧道显微镜可以对半导体器件表面的微观结构进行高精度的检测，包括表面形貌、表面粗糙度、表面组成等参数。

这些参数对于器件制造和性能评估非常重要，可以保证器件的质量和可靠性。

2.器件物理性能检测扫描隧道显微镜可以用于器件物理性能的检测，例如电子输运性质、磁性等。

电子输运性质是衡量器件性能的关键指标之一，而扫描隧道显微镜可以实现局部电学特性的检测，并能够用于局部失效分析和电学特性研究。

3.器件加工过程监控扫描隧道显微镜可以用于半导体器件加工过程的监控和调整。

例如，在微电子加工中，使用扫描隧道显微镜可以判断化学反应和表面形貌的变化，以便进行及时的调整和控制。

三、扫描隧道显微镜的优缺点扫描隧道显微镜作为一种高精度的检测方法，具有以下优点：1. 高精度和高分辨率扫描隧道显微镜可以提供极高的分辨率，可以达到亚纳米级，同时还可以提供非常精确的拓扑信息。