黃百璿 / 工研院材化所
雖然矽仍是目前半導體產業的主流材料，但其物理特性的限制為技術進步帶來挑戰。隨著近代5G/6G通訊、電動車及可再生能源等關鍵新技術的快速發展，化合物半導體因其優異的物理與電學特性受到廣泛關注，可應用於高頻通訊、功率電子、光電元件等領域，市場潛力巨大。化合物半導體製程中，從原料到產品過程，各項特性指標將會影響化合物半導體最終成品的品質與性能，因此先進的檢測技術成為關鍵。本文將深入探討全球化合物半導體材料檢測技術的發展現況，主要聚焦碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)、氧化鎵(Ga2O3)等材料的檢測方法，探討其在材料特性分析及可靠性評估中的應用，旨在為產業提供技術參考與發展方向。
【內文精選】
化合物半導體長晶製程與檢測項目
1. 原料鑑定及其純化
(1) 原料純度鑑定
為確保原料達5N (99.999%)以上或更高純度，須減少微量雜質元素造成晶體生長的缺陷。檢測技術包含如下：
①輝光放電質譜儀(Glow Discharge Mass Spectrometry; GDMS)（圖一）：固態待測物質通常以陰極置於放電室中。透過高壓電源，環境氣體（氬氣）受電場離子化，待測物質表面會被離子化的氬撞擊，使表面受到剝蝕釋放出原子，這些原子會在放電室中發生各種相互作用形成離子束，這些離子束可以用質譜儀來分析，以獲得待測物質的分子結構和質量資訊。提供高靈敏度的元素分析，適用於鎵、砷等原料的全元素掃描，確認總雜質含量。
圖一 輝光放電質譜儀
3. 晶圓加工
(3) 晶向偏差
晶圓的晶向準確性對後續製程至關重要，因不同晶向將影響蝕刻速率、外延生長行為、元件排列與電性表現。為確保加工與磊晶等關鍵步驟能精確控制，常需在晶圓進入製程前量測其晶向偏差，以確認其是否符合設計需求。這類量測有助於提升元件一致性與製程良率，亦可作為晶圓品質評估的一部分。
檢測技術如高解析度X光繞射儀(HDXRD)（圖八），透過精密控制的X射線與高靈敏偵測器，量測晶體對特定晶面方向X射線的繞射反應。其原理基於布拉格定律(nλ= 2d sinθ)，當X射線入射角度符合晶面間距條件時，會產生強烈繞射訊號。HD-XRD藉由高解析度的角度掃描（如Rocking Curve與Reciprocal Space Mapping），可偵測極微小的晶格畸變、應變分布與缺陷造成的訊號寬化或偏移，進而分析晶體品質、晶格常數、傾斜與鬆弛狀態。其解析度遠高於一般XRD，特別適用於單晶材料與磊晶結構的精密分析---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八 高解析度X光繞射儀
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。