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砷化鎵與硅半導(dǎo)體制造工藝的差異分析(編輯修改稿)

2025-11-30 09:37 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】熔點(diǎn)較高的金屬如鎢金屬等 ,而電子束蒸鍍則較不易鍍高熔點(diǎn)的金屬 . 離子布植技術(shù) 砷化鎵 IC 制造工藝中離子布植亦是極重要的一環(huán) ,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(dá)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(nèi)成長絕緣介質(zhì)材料造成絕緣的效果 .砷化鎵的離子布植除了應(yīng) 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(jié)構(gòu) ,主動(dòng)局域 (activeregion)較深 ,所以在作離子布植絕緣時(shí) ,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(dá)到絕緣效果 . 一般砷化鎵的離子布植 ,使用能量較高 ,甚至達(dá) 400keV,而離子布植機(jī)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(jī)不同 . 蝕刻工藝技術(shù) 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(yīng)用在一些砷化鎵材料本身的蝕刻上 ,為制造工藝上極為關(guān)鍵的步驟 .砷化鎵濕式蝕刻基本上有非等方向的本質(zhì) (anisotropic),其使用的蝕刻化學(xué)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(jìn)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(shì)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(huì)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(duì)金屬導(dǎo)線連接會(huì)有影響 ,例如跨平臺(tái)端的導(dǎo) 線是底切那面的話 , 就會(huì)發(fā)生斷線問題 ,另外不同的蝕刻后平面形狀對(duì)器件的電性也會(huì)有影響 ,所以在光罩金屬線路設(shè)計(jì)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(huì) 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(dǎo)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(jī)臺(tái)和硅制造工藝類似 , 通常普遍使用的設(shè)備為活性離子反應(yīng)器 (Reactive IonEtCher,RIE)和感應(yīng)耦合式電漿蝕刻機(jī) (InductivelyCoupledPlasmaReactor,ICP)等 ,蝕刻不同材料時(shí)所用的反應(yīng)氣體不同 ,如硅制造工藝中要蝕刻硅或是二氧化硅時(shí) ,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(shí)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 ,需要有門極蝕刻 (gaterecess) 工藝技術(shù) ,可以減少門極和源極間電阻 , 并且增加器件操作時(shí)的崩潰電壓 (breakdownvoltage),但此制造工藝需要準(zhǔn)確的控制蝕刻深度及蝕刻后表面的平整度 ,臨界電壓才會(huì)平均 ,也不會(huì)有表面狀態(tài)而造成漏電流及電流無法截止 (pinch一 5O 2OO3/9 off)的狀況 ,硅 IC 并沒有此門極蝕刻制造工藝 .圖 3為 HEMT 器件門極蝕刻位置圖 ,此制造工藝目前可使用干式和濕式蝕刻的方式來蝕刻門極 ,濕式蝕刻不會(huì)造成表面材料的傷害 ,但是整片蝕刻深度不均勻 ,且再現(xiàn)性較差 ,較不穩(wěn)定 ,目前解決辦法可以在中間多成長一層蝕刻停止層 (etchstop layer),可以有效的控制蝕均勻刻深度 . 而干式蝕刻雖有較佳的選擇性侵蝕 ,可以均勻的控制蝕刻深度 ,并且再現(xiàn)性較高 ,但是有可能造成表面的傷害和污染 ,目前可以在干式蝕刻加溶液稍濕式蝕刻 ,以減少表面?zhèn)?,并得較佳的侵蝕均勻度 .而砷化鎵器件中 ,對(duì)表面狀態(tài)較不敏感的低噪聲放大器 (LownoiseAmplifier,LNA) HEMT 可以使用干式蝕刻來蝕刻門極 ,因?yàn)槠骷? 信道層 (channe1)在磊晶層內(nèi) ,對(duì)表面狀態(tài)較不影響 ,而用在高功率的 PowerMESFET,對(duì)器件表面狀態(tài)較敏感 ,所以必須使用濕式蝕刻 . D 空氣橋技術(shù) 在金屬多層連接導(dǎo)線方面 ,由于硅器件集成度較砷化鎵來的高 ,為了各器件的電路連結(jié) ,5,6 層的金屬導(dǎo)線是必備技術(shù) ,目前硅 IC 是使用鋁金屬導(dǎo)線及低電阻的銅導(dǎo)線技術(shù) 。而金屬層間的介電質(zhì)材料 ,為使電容變小以降低 Rc 延遲時(shí)間 ,因此會(huì)使用 lowk介電材料 .而為使多層導(dǎo)線能順利制造 ,硅 IC 還有平坦化制造工藝使表面平坦 ,以利于聚焦及微影工藝技術(shù) . 而砷化鎵為微波器件 ,其工藝技術(shù)的 IC

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