砷化韧带的挑战和蚀刻工具设计的演变

博客|9月29日,2021年

John Taddei - Veeco的过程开发工程师总监

Fab晶圆晶体从砷耐加仑(GAAS)的底物开始增加了很多年,预计将继续进行。趋势是由许多应用程序驱动的,包括:VCSEL,Photonics,LiDAR应用,RF和LED。如下图所示,这种趋势有望继续。需要蚀刻过程的组合来支持各种过程。这些过程包括晶圆变薄,表面纹理控制,栅极凹陷,台面蚀刻,UBM蚀刻以及对膜的底物的选择性蚀刻,反之亦然。每个过程都有唯一的要求,因此需要定制的工具配置和过程。

传统的晶圆稀疏是消除磨削,控制表面纹理并减轻晶圆的压力的常见过程。将晶片(厚度为675微米)安装到载体上,以保护基板的活动侧。在许多情况下,载体与GAAS晶圆的材料或直径不同。大部分材料去除是通过磨/抛光步骤(至200 um)进行的,这决定了最终的厚度和轮廓。任何数量的蚀刻剂都采用酸性氧化剂组合,每分钟蚀刻速率很常见。通常,在历史上,湿蚀刻的均匀性均匀性和蚀刻深度可重复性比磨削过程的重复性更高。

研磨示意图加稀薄的过程

稀疏过程的示意图

晶圆变薄的蚀刻需求已在许多过程流中扩展,这驱动了蚀刻工具的演变。为了降低首席运营官所需的资本工具的数量和过程步骤的数量,需要最小化。Etch工具设计中的增强已实现了这一目标,并以较低的成本得出了传统方法的优势。驱动因素是驱动因素,例如燃气密封工具,增强的化学管理,板载计量和终点检测功能等技术。考虑上述从675微米到200微米的晶圆变薄过程。通过在湿蚀刻工具燃气密封盘上采用如下所示的搅拌,化学接触可以限于晶圆的背面,并且可以消除晶圆粘结/剥离序列。


化学管理的增强产生的化学混合物可以达到> 20微米/分钟的蚀刻速率,并具有出色的蚀刻速率可重复性。尖峰(替换在蚀刻过程中消耗的化学反应限制物种),补充(添加新的化学)和温度控制为.1c使能够蚀刻到特定的深度。这消除了对研磨/抛光的需求。板上的计量允许在多个点前后的多个点测量底物厚度。这使得可以实时执行QC,蚀刻速率和均匀性。该工具特定的数据库可以将最终过程性能最小化,以最大程度地减少晶圆和晶圆的晶片,以在最终产品上进行晶圆。

散装蚀刻均匀性经过温度

表面纹理经文温度

前蚀刻 /后蚀刻表面

如上图所示,砷化甘氨酸蚀刻速率是温度的函数。根据图的上图,最终表面纹理是过程中开始粗糙度和条件的函数(化学,混合比,温度,过程参数)。根据需要,表面纹理(RA)可以是光滑的或粗糙的后过程。

GAAS模式蚀刻包括栅极凹陷和台面蚀刻。放置抗胶片面膜,并将基材的未覆盖区域除去材料。在许多情况下,已经发现氧化物去除步骤可增强蚀刻均匀性和可重复性。在蚀刻期间,对双曲线臂运动进行调整以产生均匀的蚀刻过程,对于下面所示的沟槽形成过程,均匀均匀均匀。

上面的数据显示,具有优质化学管理的优质单晶片工具非常适合各种应用。仍然有一些应用程序更紧密的规格,其中蚀刻距离停止层。Ingap上的GAA将是一个例子。对于这些应用,先前概述的增强功能与在要去除的材料和停止层之间具有蚀刻选择性(通常> 100:1)的化学性质配对。为了最终控制,Waferchek®端点检测系统也非常宝贵,可以确定何时完成蚀刻。

工具功能对于GAAS基板上的蚀刻膜也很重要。在凸起金属(UBM)下,蚀刻过程很常见。需要使用燃气密封工具来保护基材免受金属蚀刻剂的侵害。UBM蚀刻过程需要最小的底切。根据定义,各向同性蚀刻剂将发生底切。根据上图,膜,蚀刻均匀性和WaferCheck®何时完成蚀刻的选择性化学反应可导致与薄膜深度相等的底切。

当今晶圆厂的额外需求发生了其他挑战。晶圆处理要求增加了。要求包括:在可以联系晶片的地方,有限的排除区,需要在蚀刻工具中翻转晶圆前后的晶圆,以及处理多种底物类型,直径和厚度的需求。同样,湿蚀刻工具在单个平台内处理稀疏,图案化的底物蚀刻,胶片蚀刻和或清洁并不少见。在同一工具中,一些过程甚至在Cu/ti UBM蚀刻之前就执行厚度\干膜条。

概括
GAAS晶圆制造业曾经并且将继续增加,以满足提高明天设备设备性能的需求。人工智能,数据中心需求,5G \ 6G通信,物联网(IoT)和自动驾驶是半导体世界中变化的驱动因素。降低首席运营官和性能提高的动力导致了高级单晶片湿蚀刻平台的必要性。需要更紧密的化学管理(浓度,温度,流动)才能提供具有低COO的强大工具集。更苛刻的应用程序需要蚀刻工具来实现更严格的性能,同时在以前的流动流中存在的耗尽资本设备(Grind/Polish)。在板上计量,自适应过程食谱创建和选择性化学的选择是对这些苛刻应用的要求。柔性晶圆处理和处理能力与多个过程路径通过湿过程工具相结合是常见的要求。应用特定蚀刻工具的规范和设计是解决这些要求的解决方案。灵活和适应性的平台是能够合并特定于应用程序的技术以提供当今解决方案的平台。

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