砷化镓衬底在最终清洗工艺的技术

撰写本文的目的在于介绍关于砷化镓在衬底制造for Epi 及 Wafer Process最终清洗领域所遭受的挑战以及提出有效的解决方案,同时这样的清洗设备也可以运用在各半导体&光学产业,对于超薄片(100um以下)如何完成自动化制程设备传输提供了新的思路与快捷方式。

砷化镓半导体具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性,在微波通讯领域大规模应用；一方面随着智能手机进入4G时代以至于后面的5G及互联网的崛起，多模多频的砷化镓微波功率器件需求量较3G时代将大幅提升，因此目前在市场上备受瞩目。

砷化镓制造的流程：在上游wafer产出之前同样和各类材料衬底一样从晶棒长成>切割>研磨>抛光>清洗>包装,但是砷化镓芯片做晶圆抛光制程（磨GaAs晶圆使表面微粒变小）时，表面的区域会和水起反应，释放或分解出少许的As以往利用wet bench(化学工作清洗台)方式或是用人工夹取清洗的方式都会因为晶舟盒所产生的月晕效应在wafer的边缘会产生5~8%的缺陷(清洗洁净度与蚀刻率不良)这样的缺陷通常无法检测出来,而是要到后站磊晶长成(MOCVD)或后续wafer process时才会有缺陷产生的问题.因此业内有人采用Single wafer(单芯片清洗设备)方式来克服上述问题以下针对各类清洗方法做各方面的比较:

1. Wet bench:

A.此方式是利用自动化学清洗台的方式作完整的清洗,这样的方式有以下几种特点:

l 设备占地面积较大,化学品跟纯水消耗量大

l 产能高可以每次大批量(50~100 pcs)清洗但也意味着如果制程过程中因机台损坏所造成的wafer耗损量也是可观的

l 制程良率低,因为到SC-1 清洗时由于晶舟边缘Slot所造成的月晕效应会导致wafer蚀刻不均匀这样的问题会造成磊晶制程产生5~8%的缺陷

B、手动清洗

l 同上面制程流程相同但是缺少自动手臂完全用人工操作

l 整个制程良率更不可控一般良率将会降到30%左右

l SC-1温度会更不可控尤其WAFER越大温损更高

l 所需人工成本以及清洗耗损率更高

l 洁净度更低

C、目前也有业界者开发出单片传送式wet bench型式设备来做上述的状况改善但是依然无法解决晶圆在传输过程中如何夹持的问题,不是在wafer 边缘造成无效带的扩大就是背面的wafer mark

2. 以下介绍最先进做法:Single wafer no-contact设备

l 使用单芯片传输方式

l 产能较低但是可以用多chamber方式来克服产能的问题

l 设备占地面积小并且可以更省酸省水

l 采用特殊伯努利式(Bernolli)的设计在制程中让wafer达到非接触方式

l 因为single wafer制程的特性可以达到整片wafer最佳的蚀刻平坦度

l 温度的控制可以达到更精准可以避免温损所造成的蚀刻不均问题

l 洁净度可以达到50mm直径晶圆同时0.2um Particle小于5颗以下

3. 下图是取自台湾奇勗科技所生产制造的SSA-SPJ 单片旋蚀刻&清洗设备(图一)目前已运用在业内砷化镓芯片生产的领域(图二)不仅产能稳定性高同时有效的克服了边缘清洗的问题,由于在chamber内采用No-contact型式做晶圆清洗因此背面也可以用清水清洗目前业界对于双面清洗的设备提出的需求,因此奇勗科技已针对double-size etch/cleaner的设备来着手研发并已取得有初步成果

最后不可不提的是有了良好的清洗设备最终的包装盒体也是关键因为砷化镓芯片有机械强度较弱的缺点并且对环境非常的敏感在包装上需要特别考虑整体材质的适用适温性&机械强度&盒盖紧密度&整体洁净度等等。在此技术方面目前有诸多客户采用台湾中勤实业(ckplas)的包装盒并且还可以针对客户作客制化设计!

要满足产业界对薄型化衬底双面的蚀刻&清洗制程需求, 这款设备由于上述的特点无论在半导体3D IC/35族/聚光型太阳能/AMOLED各产业都可以导入自动化设计相信都可以提供良好的解决方案。