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砷化鎵與硅半導體制造工藝的差異分析(存儲版)

2025-12-05 09:37上一頁面

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【正文】 act)金屬化制造工藝 , 一般使用鈦 /鉑 /金 (Ti/Pt/Au)等多層金屬 ,由于金屬層復雜非常不容易蝕刻 ,所以一般砷化鎵制造工藝都使用掀離 (1ift— off)技術來形成奧姆 ,蕭基接觸金屬及連接導線金屬及金屬化制造工藝 . 金屬掀離技術是砷化鎵金屬化最主要的工藝技術 ,此技術不用干式蝕刻方式 ,可減少干式蝕刻造成表面的破壞傷害 ,因此較不易產生表面狀態 (surfacestate),造成器件特性退化 .掀離技術有高分辨率 ,能夠形成小線寬 ,但缺點為和硅制造工藝由蝕刻所定義出的導線比較下正品率較差 .金屬掀離技術之制造的方式為 :先旋轉涂布上單層或雙層對光不同靈敏度的光阻 ,經由軟烤 ,曝光定義出所要留的金屬圖案后 ,經顯影后光阻會形成底切 (undercut)的結構 ,再利用電子束蒸鍍 (electron TRENDANALY 趨勢掃描 be鋤 evaporation)方式完成此制造工藝 ,因為電子束蒸鍍較有方向性 ,鍍上金屬后 ,再浸泡在丙酮內 ,則溶劑會滲入有光阻的部分而使金屬在光阻上的部分掀離 ,最后留下所定義的金屬導線 ,因此一般金屬掀離制造工藝 ,皆以電子束蒸鍍方式為主 ,圖 2為掀離技術示意圖 . 在鍍金屬薄膜設備方面 ,一般砷化鎵制造工藝常用兩種機臺 ,一是電子束蒸鍍機 (electron beamevaporator),另一為濺鍍機 (sputter).如前述砷化鎵的奧姆金屬 ,簫基金屬 ,連接導線等 ,需要用到掀離技術 ,就必須使用垂直方向性較好的電子束蒸鍍機 .而砷化鎵還有和硅不同的制造工藝～一背面穿孔 (viahole)接地工藝技術 ,需要使用階梯覆蓋性 (stepcoverage)較好的機臺 ,來確定連接金屬不會斷線 ,所以需使用濺鍍機 ,使金屬能夠完全覆蓋孔洞 .另外 ,使用濺鍍機可以鍍上熔點較高的金屬如鎢金屬等 ,而電子束蒸鍍則較不易鍍高熔點的金屬 . 離子布植技術砷化鎵 IC 制造工藝中離子布植亦是極重要的一環 ,在器件間絕緣 (isolation)方面 ,砷化鎵是使用離子布植的方式打人氦離子等 ,使砷化鎵材料電阻值變大 ,達到器件間絕緣效果 .而硅制造工藝并不是利用離子布植的方式絕緣 ,而是用挖溝槽的方式 ,在洞內成長絕緣介質材料造成絕緣的效果 .砷化鎵的離子布植除了應用在器件間的絕緣部分外 ,還有用在 MESFET 的信道層 (channe1),形成奧姆接觸的高摻雜濃度層 ,及 P型緩沖絕緣層等 .而 HBT 器件由于是屬于垂直結構 ,主動局域 (activeregion)較深 ,所以在作離子布植絕緣時 ,需要用較高的能量約 200～ 400keY,使用較輕元素的氦離子 ,才能夠植入較深達到絕緣效果 . 一般砷化鎵的離子布植 ,使用能量較高 ,甚至達 400keV,而離子布植機一般使用中 ,低電流為主 , 此與硅 IC 制造工藝使用高電流離子布植機不同 . 蝕刻工藝技術砷化鎵制造工藝中有干式蝕刻和濕式蝕刻 , 其中濕式蝕刻應用在一些砷化鎵材料本身的蝕刻上 ,為制造工藝上極為關鍵的步驟 .砷化鎵濕式蝕刻基本上有非等方向的本質 (anisotropic),其使用的蝕刻化學溶液和硅制造工藝不同 ,如硅是使用硝酸與氫氟酸的 }昆合溶液來進行蝕刻 ,而砷化鎵可以用磷酸 ,雙氧水與水的混合溶液蝕刻 .比較特 49 2020/9 iS 趨勢掃描別的是 ,由于砷化鎵為二元化合物 ,在不同面蝕刻后形狀會不一樣 ,隨著不同平面 ,不同方向 ,不同溶液侵蝕 ,蝕刻后的形狀可能為 V字型 ,亦可能為底切 (undercut)形狀 .不同形狀對金屬導線連接會有影響 ,例如跨平臺端的導線是底切那面的話 , 就會發生斷線問題 ,另外不同的蝕刻后平面形狀對器件的電性也會有影響 ,所以在光罩金屬線路設計上 ,需要特別注意蝕刻的非等方向性 . 在干式蝕刻方面 ,一般硅 IC在制造過程中會蝕刻材料層硅 ,氧化層 ,介電層和金屬等材料 ,而砷化鎵器件制造工藝中的干式蝕刻主要是以族半導體材料 ,介電層和光阻等為主 ,一般金屬并不以干式侵蝕 .而使用的機臺和硅制造工藝類似 , 通常普遍使用的設備為活性離子反應器 (Reactive IonEtCher,RIE)和感應耦合式電漿蝕刻機 (InductivelyCoupledPlasmaReactor,ICP)等 ,蝕刻不同材料時所用的反應氣體不同 ,如硅制造工藝中要蝕刻硅或是二氧化硅時 ,使用四氟化碳 (c)和氧氣 (o),而砷化鎵制造工藝中蝕刻砷化鎵使用三氯化硼 (BCI)或六氟化硫 (s)等 ,蝕刻光阻則使用氧氣電漿 l其中孔洞 (via— hole)蝕刻及氮化鎵 (GaN)材料蝕刻時需要較高的蝕刻速率 , 通常以 ICP 蝕刻為主 . 在砷化鎵 HEMT 和 MESFET 器件制造工藝中 ,需要有

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