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砷化鎵與硅半導體制造工藝的差異分析-wenkub.com

2025-10-11 09:37 本頁面

　　

【正文】工業技術研究院 IEK(2020/06) 51 2OO3,9 D lS 趨勢掃描光 (waferpolishing),濕式蝕刻等方法 ,其中以半導體研磨的效率較高且廣被使用 .由于 III/V族材料 (如 GaAs)研磨后產生的粉塵會有礙人體健康 , 因此需要經過處理 .半導體研磨時 ,會造成芯片表層的微缺陷 (surfaceandsub— surfacedefect).這些缺陷及表面殘留應力 ,可經由半導體拋光或濕式蝕刻的方式將其去除 . 半導體背面蝕刻穿孔與金屬化制造工藝接將芯片內的晶粒切割分立 ,此技術廣泛使用于硅半導體的處理上 .由于砷化鎵半導體較薄 ,因此有些砷化鎵半導體廠采用畫線及折斷 (scribeamp。砷化鎵與硅半導體制造工藝的差異分析 TREND盎 j一～ 00 趨勢掃 2020/9 廿田趨勢掃描 (error)情形 ,因此所制造出來的產品可靠性相對提高 ,其穩定性并可解決衛星通訊時暴露于太空中所招致的輻射問題 . 目前砷化鎵在通訊 IC應用中以手機的應用所占比率最高 ,手機內部結構主要可分為基帶 (BASEBAND),中頻 ()及射頻 (RF).高頻通訊信號自天線接收后 ,首先經過射頻電路處理 , 射頻電路主要器件包含功率放大器 (PA),低噪聲放大器 (LNA),雙工 (Diplexer,Duplexer),TR Switch,聲波表面濾波器 (SawFilter)等 ,因為需直接接觸高頻信號 ,這也是移動電話結構中砷化鎵最能著墨的地方 .但近來因硅的 RFCMOS技術成熟介入 ,而使得砷化鎵在射頻比例逐漸下降 ,但在 PA 的應用上仍是以砷化鎵為主要制造材料 . 近年來由于無線通訊迅速的發展 ,許多中國臺灣地區廠商相繼投入 Ⅲ 一 V族半導體砷化鎵產業 , 基于中國臺灣地區過去在硅 IC 制造工藝成功的經驗 ,業者莫不希望能繼硅半導體后 ,砷化鎵 IC產業能成為中國臺灣地區另一波 IC制造業的高峰 , 此乃因為二者同為 IC產業 ,在工藝技術方面 ,有些硅制造工藝的技術及設備可以直接轉移到砷化鎵制造工藝上 ,而中國臺灣地區在硅 IC 產業制造工藝上已有雄厚的基礎 .雖是如此 ,但是由于材料不同的關系 ,導致磊晶成長方式 ,黃光 ,蝕刻 ,金屬化制造工藝以及后段背面處理等工藝技術 ,皆不盡相同 ,參考表 1,因此以下即以砷化鎵制造工藝與硅制造工藝的技術面差異進行比較 ,并就中國臺灣地區砷化鎵產業的發展進行市場面的分析與探討 . 砷化鑲與硅半導體制造工藝差異分析由于材料不同的關系 ,砷化鎵與硅半導體制造的工藝技術并不相同 .在器件方面 ,硅 1{2器件絕大部分是金屬氧化半導體 (MOS)器件 ,因為硅最大的優勢可以成長出品質良好的氧化層結構 , 利用這層氧化層制造出目前我們最常用的 MOS 晶體管 .而砷化鎵雖然無法成長出良好的氧化層結構 ,但有先天的高電子遷移率的材料特性優勢 ,及可利用不同的 III— V族元素組成不同的能帶結構 , 而設計出異質接面 (heterojunction)器件 ,這些特性使得 III— V族材料發展出極高速各種不同的電子器件 ,如高電子遷移率晶體管 (HEMT)和異質接面雙載子晶體管 (HBT)等 ,目前砷化鎵 IC 產業即是以此類異質接面器件為最主要產品 . 硅 MOS 制造方式主要是在硅基板上 ,經由熱氧化形成氧化層 ,再經離子布植摻雜形成主動層及毆姆接觸 ,其后經金屬化及金屬蝕刻 ~I2藝技術制作出 MOS 器件 .但砷化鎵制造工藝卻大不相同 , 如砷化鎵 HEMT 器件其主動層主要是以 M0CVD 或 MBE的磊晶成長方式 ,成長出所要的磊晶結構經由離子布植或蝕刻的方式制作絕緣層 ,再鍍上資料來源 :2020年通 iK 產業研討會。break)技術進行切割一一借助半導體定位平臺的精確水平移動 ,利用鉆石刀具在化合物半導體芯片上下運動配合來進行劃線切割 ,再以滾輪或壓棒施壓于芯片背面 ,達到垂直折斷使晶粒完整分立 .由于畫線及折斷的方法屬干式制造工藝 (dicing須使用切削液來冷卻溫度 )較不會有污背面穿孔的目的是將正面的金屬和背面的接地染芯片的疑慮 ,并且浪費的材料也較少 . 連接起來 ,當半導體磨薄后 ,接著在背面鍍上光阻 , 借助半導體背面圖案和正面圖案的對準進行曝光 , 制作出所要的圖形 ,接著用干式蝕刻方式 ,蝕刻到正面的金屬墊 (metalpad)為止 ,然后將光阻去除 . 蝕刻穿孔大致分成濕式蝕刻及干式蝕刻兩種方法 ,濕式蝕刻是等向性蝕刻 (若不考慮晶格結構方向所產生的影響 ),會有底切的現象 ,使蝕刻出的底孔過大 ,但對金屬的蝕刻選擇性較佳 .干式蝕刻可從事非等向性蝕刻 ,可作較高寬 /深比的孔洞 .MMIC 的背孔工藝技術 ,通常使用干式蝕刻 , 尤其是反應式離子蝕刻 (reactiveioching,RIE). 常用的干式蝕刻設備 ,包括感應耦合電

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