引言

應(yīng)力貫穿半導(dǎo)體制造與應(yīng)用全鏈：晶圓制備、蝕刻、摻雜、薄膜沉積及減薄拋光均易引入殘余應(yīng)力^[1]，致翹曲、紋裂并誘發(fā)位錯，降低成品率^[3]，已成行業(yè)核心難題^[2]。而在后續(xù)電路制造過程中，襯底殘余應(yīng)力過大還可能導(dǎo)致基板位錯，直接影響器件性能穩(wěn)定性。延伸至汽車芯片領(lǐng)域，作為汽車電子系統(tǒng)的核心部件，其工作環(huán)境需承受高低溫循環(huán)、振動沖擊等復(fù)雜工況，加之芯片封裝、組裝過程中產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，會進一步加劇芯片內(nèi)部的應(yīng)力累積。這種多源應(yīng)力不僅可能延續(xù)晶圓階段的缺陷風(fēng)險，還可能導(dǎo)致汽車芯片出現(xiàn)電路失效、性能漂移等問題，嚴(yán)重時甚至影響汽車行駛安全。因此面向汽車芯片全生命周期的應(yīng)力監(jiān)測，是提升車載電子系統(tǒng)可靠性的重要保障。

本文聚焦于汽車芯片的激光開槽工藝應(yīng)力研究。該工藝是指通過激光切割芯片形成精確槽道，經(jīng)過制造、封裝及后續(xù)處理后形成高精度的“分割通道"或“功能槽結(jié)構(gòu)"。在芯片的激光開槽工藝中，選擇合適的開槽位置至關(guān)重要，可以減少應(yīng)力集中，優(yōu)化應(yīng)力分布，保護關(guān)鍵功能區(qū)域，從而提高芯片的整體性能和使用壽命。

  拉曼光譜技術(shù)作為一種非破壞性、高靈敏度的檢測手段，是目前文獻報道最多的應(yīng)力檢測方法之一。拉曼峰位偏移可作為施加應(yīng)力后物質(zhì)晶格振動模式的直接表征，是微觀應(yīng)力狀態(tài)在光譜維度的直觀映射——其偏移方向與幅度精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)應(yīng)力的性質(zhì)（拉/壓應(yīng)力）及大小，為材料內(nèi)部應(yīng)力的定量分析提供了原子尺度的“光譜探針"。

圖1 RAMANtouch顯微拉曼光譜儀

為了研究激光加工工藝對汽車芯片產(chǎn)生的應(yīng)力影響，我們采用了RAMANtouch激光共聚焦顯微拉曼光譜儀（圖1）。應(yīng)力的測量需要超高的波數(shù)精度才能夠?qū)崿F(xiàn)，RAMANtouch儀器內(nèi)置了自動連續(xù)校準(zhǔn)技術(shù)，在成像過程中無需暫停正在進行的測試就可定時對儀器的峰位精度進行校準(zhǔn);能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測試100次，波數(shù)精度優(yōu)于0.02cm^-1，如此超高的精度和穩(wěn)定性，足以滿足應(yīng)力測試的需求，并且該儀器采用多點并行寬場采樣模式，通過532nm的線激光照射樣品，單次曝光即可同時獲取400個點位的拉曼光譜，成像速度較傳統(tǒng)設(shè)備提升20-30倍。1-2分鐘內(nèi)即可實現(xiàn)82×20微米區(qū)域的高分辨率成像（圖2，包含4萬張拉曼光譜）。利用軟件的自動擬合功能，在整個圖像上可清晰展示微小的應(yīng)力分布信息。這對于半導(dǎo)體行業(yè)用戶而言，相比傳統(tǒng)的拉曼測試，大大提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

文中分析的汽車芯片樣品存在兩個目標(biāo)開槽位置（圖3），我們嘗試通過拉曼成像技術(shù)對這兩個位置進行應(yīng)力分布評估以指導(dǎo)后期的芯片開槽方案。如圖3所示，用假色描繪拉曼譜峰位置，紅色代表峰位較高，代表樣品受到較大的壓應(yīng)力，藍綠色代表峰位較低，代表樣品所受壓應(yīng)力較小。顏色分布均勻性還可以代表應(yīng)力分布的均勻性，所以可以通過拉曼成像從二維角度更全面反應(yīng)該位置的應(yīng)力狀態(tài)。從圖可知，位置2的紅色區(qū)域較少，綠色區(qū)域較多，應(yīng)力分布較為均勻，也說明該區(qū)域的應(yīng)力釋放較為有效，在該區(qū)域進行開槽后期風(fēng)險較小。相比之下，位置1的成像圖中表現(xiàn)出更明顯的顏色變化，該區(qū)域存在較大的殘余應(yīng)力，開槽風(fēng)險較大，若該位置存在特殊性，必須開槽就需要特別注意優(yōu)化工藝參數(shù)。

通過拉曼成像評估，我們快速精準(zhǔn)的確定位置2更適合進行激光開槽工藝，因為它應(yīng)力分布均勻且整體所受應(yīng)力較小。二維拉曼成像可以更全面客觀評估芯片的應(yīng)力分布，超快速的成像檢測效率可迅速反饋潛在風(fēng)險，為失效預(yù)警與維護決策爭取寶貴時間，顯著提升半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈從生產(chǎn)到應(yīng)用的應(yīng)力管控反饋效率與響應(yīng)靈敏度。

此外，專門為半導(dǎo)體行業(yè)開發(fā)的應(yīng)力分析軟件還能在成像圖上選擇任意線段區(qū)域生成應(yīng)力分布曲線。多視角的應(yīng)力數(shù)據(jù)交叉驗證，進一步提升晶圓制造及汽車芯片應(yīng)力檢測結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性，應(yīng)力分析軟件已在多個半導(dǎo)體企業(yè)使用，用戶反饋非常方便和有幫助，為產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的應(yīng)力管控提供更堅實的科學(xué)依據(jù)。

通過拉曼光譜成像技術(shù)，我們能夠從二維視角更直觀的觀測芯片中應(yīng)力分布情況，快速確定適合進行加工開槽區(qū)域，并對每步操作殘余在芯片內(nèi)的應(yīng)力進行評估。從而指導(dǎo)汽車芯片的激光開槽工藝決策，優(yōu)化激光加工參數(shù)（如激光功率、掃描速度和光斑大?。M量減少加工過程中的應(yīng)力局部集中。這不僅有助于減少潛在的缺陷風(fēng)險，增加電子器件壽命和控制系統(tǒng)安全性，還能在設(shè)計階段就降低后期失敗概率，大大減少企業(yè)資源浪費。

除此之外，我們還推出了專門針對12寸大晶圓成像的RAMANdrive系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中增加了標(biāo)準(zhǔn)參考位置和大光斑選項（80微米-1.5mm）。在保證奈奎斯特采樣完整的前提下，超快速獲取整片晶圓的應(yīng)力分布。只需30min即可實現(xiàn)12寸硅晶圓應(yīng)力的整體掃描，敬請您期待我們的下一篇文章。