研修班第三日：直面半导体良率难题，探析检测与表征新技术路径

　　2026年7月20-24日，作为人力资源和社会保障部专业技术人才知识更新工程2026年高级研修项目之一的“半导体材料与器件超精密分析技术”高级研修班在上海正式开班。本次高级研修班由中国科学院人才与人事局专项资助、中国科学院上海硅酸盐研究所承办。

　　7月23日，研修班进入第三天。中国科学院微电子研究所周维虎研究员、中国科学院半导体研究所谭平恒研究员、厦门大学杭纬教授先后登台授课，分别围绕集成电路缺陷检测技术、超低波数拉曼光谱技术及应用、高纯材料中痕量元素的干法分析技术等主题展开深入讲解。报告内容紧扣半导体制造中良率提升与质量控制的核心需求，既有产业痛点的深度剖析，也有前沿分析方法的最新进展。

中国科学院微电子研究所 周维虎研究员

　　中国科学院微电子研究所周维虎研究员带来两场专题报告，分别围绕“集成电路缺陷检测技术”和“集成电路检测技术研究进展”。他从摩尔定律的演进趋势切入，指出随着工艺节点不断缩小，物理尺寸的微缩不再是提升芯片性能的唯一途径，三维集成、异构集成等新方向正在成为重要发力点。良率已成为制约产业发展的关键因素，缺陷检测正是保障良率的核心手段。

　　周维虎研究员阐述了缺陷检测与量测的本质区别：量测要给出可溯源的数值，如同“尺子”；检测重在发现缺陷，如同“眼睛”。在300毫米晶圆上寻找纳米级缺陷，难度堪比在太平洋中定位一条0.1米的目标。缺陷检测追求的是灵敏度——在复杂图形背景中识别异常信号，而非单纯的尺寸分辨率。他将缺陷分为颗粒缺陷、图案缺陷、表面污染等类型，并指出明场检测适合晶圆表面颗粒，暗场检测在图形化晶圆的缺陷识别中更具优势。

　　在技术层面，周维虎研究员重点介绍了深紫外波段光学检测系统。目前国际主流设备采用激光驱动等离子体光源，波长覆盖100至400纳米，检测灵敏度可达10纳米以下。我国已开始攻关这一核心光源技术。他还介绍了电子束检测作为补充手段的应用——电子束分辨率高但速度慢，产业界通常采用“光学初检+电子束复查”的组合策略，先快速定位异常区域，再精细表征。

　　此外，他进一步围绕检测技术的整体进展展开，从在线检测与离线检测的协同、多模态数据融合、大数据与人工智能在缺陷识别中的应用等角度，系统梳理了集成电路检测领域从单点技术突破到系统化解决方案的发展趋势。

中国科学院半导体研究所 谭平恒研究员

　　中国科学院半导体研究所谭平恒研究员带来题为“Ultra-low wavenumber Raman spectroscopy technology and its applications”的报告。超低波数拉曼（通常指100 cm⁻¹以下）能够提供声学模、剪切模、呼吸模等关键信息，对二维材料研究尤为重要。但低波数信号靠近瑞利散射峰，常规拉曼系统难以有效探测。

　　谭平恒研究员回顾了超低波数拉曼技术的发展。近年来，体布拉格光栅滤光片的出现使单光栅系统也能实现超低波数测量。谭平恒研究员团队从2012年起自主研发基于该技术的超低波数拉曼模块，已在全国销售近80套，可实现5 cm⁻¹甚至低至2 cm⁻¹的拉曼信号测量。

　　在应用层面，不同层数石墨烯具有不同的剪切模和呼吸模频率，团队建立了层数与拉曼峰位的对应关系，相关成果已转化为石墨烯层数鉴别的国家标准。对于转角石墨烯等异质结，超低波数拉曼可分辨不同子系统的振动模式，判断CVD制备样品的堆叠质量。在异质结界面耦合表征中，层间呼吸模频率随界面耦合强度偏移，可无损评估界面质量。

厦门大学 杭纬教授

　　厦门大学杭纬教授带来题为“高纯材料中痕量元素的干法分析技术”的报告。传统湿法消解-ICP-MS在处理高纯半导体材料时面临两大难题：碳化硅等高硬度材料几乎无法完全消解；消解过程需大量高纯试剂，易引入污染且稀释样品，对检出限构成严峻挑战。

　　杭纬教授系统介绍了固体直接分析的四类技术：LA-ICP-MS、辉光放电质谱、二次离子质谱及激光电离质谱（LIMS）。前三类各有局限——需标准物质校正、要求样品导电、定量困难或干扰严重。他重点介绍了团队多年攻关的LIMS技术：通过高功率激光直接电离固体样品，经飞行时间质谱检测，可在100秒内获得所有元素的半定量信息。

　　该技术采用高功率激光轰击样品表面，产生高温等离子体，所有元素几乎同时被原子化和电离。团队在离子源中引入氦气作为缓冲气体，有效降低了离子能量分散，并通过三体复合反应将高价离子还原为单价离子，抑制了多原子干扰。实验表明，该技术对不同基体的相对灵敏度因子差异较小，无需标准样品即可实现半定量分析，偏差通常在3倍以内。

　　在应用方面，杭纬教授展示了该技术在6N高纯铜中检出ppt量级杂质的结果。飞秒激光逐层剥蚀可实现纳米级深度分辨，清晰区分多层膜结构的元素组成。团队还开发了微区成像功能，实现了生物样品元素分布的二维成像。他总结认为，激光电离质谱在高纯材料质量控制、失效分析、薄层表征等领域具有独特优势。

　　至此，本次高级研修班课程部分已接近尾声。在密集的培训学习中，来自全国各地的69名学员通过专题讲座、案例研讨与技术交流，系统了解了超精密分析技术在半导体材料与器件领域的前沿进展与产业实践，后续还将通过实验室参观等环节进一步巩固所学成果。

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