砷化镓工艺

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砷化镓单晶的制备及应用

砷化镓单晶的制备及应用李卫学号24101901672 序号38摘要随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代.作为信息领域的命脉，光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。

砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，现在虽然还没有硅材料应用的普及，但它凭借着工作速度和频率上的优势也在迅速地扩大着它的使用领域。

为了能让大家更好地了解砷化镓这个具有无限潜力和广阔前景的半导体单晶,我决定对砷化镓的制备工艺过程及其应用做一些介绍。

一、砷化镓的制备过程随着对砷化镓使用的愈加广泛，人类对砷化镓的制备工艺也在进行着不断地研究和完善，到目前为止已经有多种砷化镓的制备工艺技术，其中最主要的要属水平布里奇曼法和液态密封法。

下面我将对液态密封法制备砷化镓工艺全过程做一些介绍。

液态密封法也称LEP法或LEC法，它是目前拉制大直径III—V族化合物晶体的最重要的方法。

它的大概过程是再高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而黏滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此法来抑制化合物材料的离解。

LEC法制备砷化镓单晶的工艺流程如下：1.装料：一石英杯装Ga，一石英安瓶装As，石英坩埚中装B2O3.2。

抽真空下,B2O3加热脱水（900—1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。

3。

降温至600—700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。

3．降温至600-700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。

4.As安瓶下端的毛细管尖插入Ga夜中,升温至合成温度，As受热气化溶入Ga内生长GaAs。

5。

拔出安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶-缩颈-放肩-等径生长—收尾拉光等步骤拉制GaAs单晶.下面对整个制备工艺过程的几个方面加以详细介绍：(一）、密封化合物熔体的惰性熔体应具备以下条件:1.密度比化合物材料小,熔化后能浮在化合物熔体上面。

砷化镓材料

砷化镓材料1 引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。

1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。

五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。

砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。

由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。

目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。

2 砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。

在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。

砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。

因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。

所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。

除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。

表1 砷化镓材料的主要用途3 砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。

目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。

砷化镓

砷化镓（GaAs）砷化镓单晶的导带为双能谷结构，其最低能谷位于第一布里渊区中心，电子有效质量是0.068m0 (m0为电子质量，见载流子)，次低能谷位于<111>方向的L点，较最低能谷约高出0.29eV，其电子有效质量为0.55m0，价带顶约位于布里渊区中心，价带中轻空穴和重空穴的有效质量分别为0.082m0和0.45m0。

较纯砷化镓晶体的电子和空穴迁移率分别为8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少数载流子寿命为10-2～10-3μs。

在其中掺入Ⅵ族元素Te、Se、S等或Ⅳ族元素Si，可获得N型半导体，掺入Ⅱ族元素Be、Zn等可制得P 型半导体，掺入Cr或提高纯度可制成电阻率高达107～108Ω·cm的半绝缘材料。

由于GaAs具有很高的电子迁移率，故可用于制备高速或微波半导体器件。

砷化镓还用于制作耐高温、抗辐照或低噪声器件，以及近红外发光和激光器件，也用于作光电阴极材料等。

更重要的是它将成为今后发展超高速半导体集成电路的基础材料。

制备GaAs单晶的方法有区熔法和液封直拉法。

用扩散、离子注入、气相或液相外延及蒸发等方法可制成PN结、异质结、肖特基结和欧姆接触等。

近十余年来，由于分子束外延和金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的发展，可在GaAs单晶衬底上制备异质结和超晶格结构，已用这些结构制成了新型半导体器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极型晶体管(HBT)及激光器等，为GaAs材料的应用开发了更广阔的前景。

采用气相沉积或液相沉积等方法，使镓、砷源或其衍生物在以砷化镓或其他材料为衬底的表面上生长砷化镓或其他材料的单晶薄膜，统称为砷化镓外延材料。

衬底和外延层如由同一种材料构成的则称为同质结外延层，如由不同材料构成则称为异质结外延层。

外延材料可以是单层结构，也可以是多层结构。

外延材料的制备方法主要有气相外延法和液相外延法。

砷化镓晶圆划片

砷化镓晶圆划片
砷化镓晶圆划片是将砷化镓晶圆切割成单个芯片的过程。

这个过程对于半导体制造至关重要，因为它决定了芯片的尺寸、形状和最终性能。

在砷化镓晶圆划片过程中，通常使用一种称为"锯切"或"划线"的技术。

该技术使用高速旋转的金刚石锯片或激光束，在晶圆表面划出一系列平行线，将晶圆分割成多个芯片。

这个过程需要高度的准确性和精度，以确保每个芯片的尺寸和形状都符合设计要求。

为了实现高精度的划片，需要使用先进的设备和技术。

这些设备包括高性能的锯床、激光划片机和自动化的晶圆处理系统。

此外，还需要使用先进的控制系统和传感器，以确保划片过程的准确性和一致性。

在划片过程中，还需要考虑到晶圆的材料特性和结构。

砷化镓晶圆相对较脆，容易出现裂纹和破损，因此需要采用适当的工艺和参数来减少这些问题的发生。

总之，砷化镓晶圆划片是半导体制造过程中至关重要的一步，它需要高度的准确性、精度和专业知识。

随着技术的不断发展，划片技术也在不断改进和创新，以满足不断增长的半导体市场需求。

[doc] 砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析

砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析TREND盎j一～00趋势扫2003/9廿田趋势扫描(error)情形,因此所制造出来的产品可靠性相对提高,其稳定性并可解决卫星通讯时暴露于太空中所招致的辐射问题.目前砷化镓在通讯IC应用中以手机的应用所占比率最高,手机内部结构主要可分为基带(BASEBAND),中频()及射频(RF).高频通讯信号自天线接收后,首先经过射频电路处理,射频电路主要器件包含功率放大器(PA),低噪声放大器(LNA),双工(Diplexer,Duplexer),TRSwitch,声波表面滤波器(SawFilter)等,因为需直接接触高频信号,这也是移动电话结构中砷化镓最能着墨的地方.但近来因硅的RFCMOS技术成熟介入,而使得砷化镓在射频比例逐渐下降,但在PA的应用上仍是以砷化镓为主要制造材料.近年来由于无线通讯迅速的发展,许多中国台湾地区厂商相继投入Ⅲ一V族半导体砷化镓产业, 基于中国台湾地区过去在硅IC制造工艺成功的经验,业者莫不希望能继硅半导体后,砷化镓IC产业能成为中国台湾地区另一波IC制造业的高峰,此乃因为二者同为IC产业,在工艺技术方面,有些硅制造工艺的技术及设备可以直接转移到砷化镓制造工艺上,而中国台湾地区在硅IC产业制造工艺上已有雄厚的基础.虽是如此,但是由于材料不同的关系,导致磊晶成长方式,黄光,蚀刻,金属化制造工艺以及后段背面处理等工艺技术,皆不尽相同,参考表1,因此以下即以砷化镓制造工艺与硅制造工艺的技术面差异进行比较,并就中国台湾地区砷化镓产业的发展进行市场面的分析与探讨.砷化镶与硅半导体制造工艺差异分析由于材料不同的关系,砷化镓与硅半导体制造的工艺技术并不相同.在器件方面,硅1{2器件绝大部分是金属氧化半导体(MOS)器件,因为硅最大的优势可以成长出品质良好的氧化层结构,利用这层氧化层制造出目前我们最常用的MOS晶体管.而砷化镓虽然无法成长出良好的氧化层结构,但有先天的高电子迁移率的材料特性优势,及可利用不同的III—V族元素组成不同的能带结构,而设计出异质接面(heterojunction)器件,这些特性使得III—V族材料发展出极高速各种不同的电子器件,如高电子迁移率晶体管(HEMT)和异质接面双载子晶体管(HBT)等,目前砷化镓IC产业即是以此类异质接面器件为最主要产品.硅MOS制造方式主要是在硅基板上,经由热氧化形成氧化层,再经离子布植掺杂形成主动层及殴姆接触,其后经金属化及金属蚀刻~I2艺技术制作出MOS器件.但砷化镓制造工艺却大不相同,如砷化镓HEMT器件其主动层主要是以M0CVD或MBE的磊晶成长方式,成长出所要的磊晶结构经由离子布植或蚀刻的方式制作绝缘层,再镀上资料来源:2002年通iK产业研讨会;工业技术研究院mK(2003/05) 奥姆金属,并经由高温退火形成良好的奥姆接触.门极制作是先经门46篓2003/9TRENDANALYS}趋势扫描极蚀刻,其后镀上萧基接触金属,经由掀离(1ift一主动层,即使是有磊晶成长(如BipolarJunctionoff)的方式完成门极电极.金属连接导线是以电镀传输线及空气桥结构完成,最后使用PECVD成长氮化硅(SiN)保护层,同时并有极为复杂的后段背面处理工艺技术,包含半导体磨薄,背面穿孔,溅镀连接导线等.半导体制造工艺完成后,最后切割形成IC或单独器件.图1为HEMT器件前端及Transistor,BJT),皆是以cVD为主,并无精确控制其接口成分的必要性.另外目前新兴以硅锗(SiGe)材料为主的BiCMOS制造工艺,其磊晶成长主要以uHVcVD技术为主,成长时需在工艺技术中使用选择性成长方式以便与CMOS技术集成,因此并无像砷化镓磊晶一般有专业代工厂成长磊晶层.后端工艺技术的流程介绍,以下就各个制造工艺部...微影制造工艺分硅和砷化镓IC不同处作简单的探讨.在一般微影制造工艺方面,砷化镓也有很多前段工艺技术的差异主动层的形成由于目前砷化镓器件市场定位以高性能特性取胜,因此器件皆以异质接面方式成长为主,以求达到最佳的器件功能,目前器件以HEMT及HBT 为市场主流,主要都是以磊晶成长方式完成.在磊晶方面,由于砷化和硅制造工艺不同的地方,目前砷化镓代工以4英寸及6英寸较多,大部分工艺技术是使用步进机(stepper)来曝光形成高分辨率的图案,而有少数几层制造工艺,如HEMT的0.15微米以下的门极制造工艺,是使用电子束微影工艺技术,此外半导体后段背面处理工艺技术,则是使用接触式曝光机(contactaligner)完成.在光源方面,目前砷化IcR02O03,9≯TRENDASlS趋势扫描镓是使用I-line的灯源,而在硅IC厂商中小线宽工艺技术使用的深紫外线(DeepuV)光源,由于目前造价昂贵,且砷化镓小线宽Ic需求量不是很大,因此一般砷化镓厂商很少使用此光源.在半导体载具方面,目前硅基板最大尺寸为12英寸,而砷化镓最大只有6英寸,且由于砷化镓半导体较硅半导体易碎,所以机台在自动置人砷化镓半导体时,移动速度需要较慢,才不会导致砷化镓芯片碎裂,因此虽然砷化镓使用的I—line步进机大致与硅使用者相同,机台的载具仍需经过特殊改装.由于砷化镓目前只有6英寸厂,因此步进机大半都是选购硅6英寸厂旧机器改装.在光学微影部分,最特别的是砷化镓HEMT器件中的门极(gate)金属,基于器件功能要求线宽须小于0.2微米,同时需形成T型门极以降低电阻,所以需要用到电子束(e—beam)微影技术.电子束微影系统的优点在于可以曝出非常精准,高分辨率及尺寸很小的线宽,约小于0.15微米,同时重复性及正品率皆高,但是缺点为机台造价昂贵且量产速度较慢.由于砷化镓目前只有HEMT这一道门极制造工艺需要用到电子束微影系统,所以较不会影响到产能.在电子束微影光阻选择方面,一般是使用PMMA系列,通常需使用多层光阻制造工艺,以达到小线宽,T型门极,掀离(1ift—off)制造工艺的要求.而在硅IC制造工艺中,目前并没有使用到电子束微影系统,主要因为所需要小线宽层数很多, 若使用电子束微影量产速度过慢,相对的成本也会跟着提高,同时电子束微影工艺技术每一层都需要寻找电子束的对准标记,若使用在硅制造工艺上会有无法找到对准标记问题,所以硅IC制造工艺中,目前并没有用到电子束微影技术.而在微48粤MI粤CRO-2003/9小线宽上,硅IC系使用相位移光罩(PSM)技术,配合deepuV步进机生产.金属化制造工艺在金属导线方面,目前硅IC制造工艺中都是使用蚀刻金属的方式来定义导线位置,先沉积整片的金属层,再由光阻定义导线位置,经由蚀刻的方式来形成导线,用此方式可以得到较干净,正品率较高的IC.但是砷化镓器件的金属层结构复杂, 通常使用多层金属,才能达到规格的要求.n型砷化镓的奥姆接触(Ohmiccontact)的金属化制造工艺,一般使用金锗/镍/金(AuGe/Ni/Au)系统,此乃因砷化镓的掺杂质在砷化镓的溶解度不够高, 不易形成低电阻的奥姆接触.不像硅表面只要经由离子布植掺杂较高浓度的杂质(dopant),就可容易的形成奥姆接触.因llt:n型砷化镓需要高温退火形成金锗合金,才能得到良好的奥姆接触特性. 门极箫基接触(Schottkycontact)金属化制造工艺, 一般使用钛/铂/金(Ti/Pt/Au)等多层金属,由于金属层复杂非常不容易蚀刻,所以一般砷化镓制造工艺都使用掀离(1ift—off)技术来形成奥姆,萧基接触金属及连接导线金属及金属化制造工艺. 金属掀离技术是砷化镓金属化最主要的工艺技术,此技术不用干式蚀刻方式,可减少干式蚀刻造成表面的破坏伤害,因此较不易产生表面状态(surfacestate),造成器件特性退化.掀离技术有高分辨率,能够形成小线宽,但缺点为和硅制造工艺由蚀刻所定义出的导线比较下正品率较差.金属掀离技术之制造的方式为:先旋转涂布上单层或双层对光不同灵敏度的光阻,经由软烤,曝光定义出所要留的金属图案后,经显影后光阻会形成底切(undercut)的结构,再利用电子束蒸镀(electronTRENDANALY趋势扫描be锄evaporation)方式完成此制造工艺,因为电子束蒸镀较有方向性,镀上金属后,再浸泡在丙酮内,则溶剂会渗入有光阻的部分而使金属在光阻上的部分掀离,最后留下所定义的金属导线,因此一般金属掀离制造工艺,皆以电子束蒸镀方式为主,图2为掀离技术示意图.在镀金属薄膜设备方面,一般砷化镓制造工艺常用两种机台,一是电子束蒸镀机(electron beamevaporator),另一为溅镀机(sputter).如前述砷化镓的奥姆金属,箫基金属,连接导线等,需要用到掀离技术,就必须使用垂直方向性较好的电子束蒸镀机.而砷化镓还有和硅不同的制造工艺～一背面穿孔(viahole)接地工艺技术,需要使用阶梯覆盖性(stepcoverage)较好的机台,来确定连接金属不会断线,所以需使用溅镀机,使金属能够完全覆盖孔洞.另外,使用溅镀机可以镀上熔点较高的金属如钨金属等,而电子束蒸镀则较不易镀高熔点的金属.离子布植技术砷化镓IC制造工艺中离子布植亦是极重要的一环,在器件间绝缘(isolation)方面,砷化镓是使用离子布植的方式打人氦离子等,使砷化镓材料电阻值变大,达到器件间绝缘效果.而硅制造工艺并不是利用离子布植的方式绝缘,而是用挖沟槽的方式,在洞内成长绝缘介质材料造成绝缘的效果.砷化镓的离子布植除了应用在器件间的绝缘部分外,还有用在MESFET的信道层(channe1),形成奥姆接触的高掺杂浓度层,及P型缓冲绝缘层等.而HBT器件由于是属于垂直结构,主动局域(activeregion)较深,所以在作离子布植绝缘时,需要用较高的能量约200～400keY,使用较轻元素的氦离子,才能够植入较深达到绝缘效果. 一般砷化镓的离子布植,使用能量较高,甚至达400keV,而离子布植机一般使用中,低电流为主, 此与硅IC制造工艺使用高电流离子布植机不同. 蚀刻工艺技术砷化镓制造工艺中有干式蚀刻和湿式蚀刻,其中湿式蚀刻应用在一些砷化镓材料本身的蚀刻上,为制造工艺上极为关键的步骤.砷化镓湿式蚀刻基本上有非等方向的本质(anisotropic),其使用的蚀刻化学溶液和硅制造工艺不同,如硅是使用硝酸与氢氟酸的}昆合溶液来进行蚀刻,而砷化镓可以用磷酸,双氧水与水的混合溶液蚀刻.比较特492003/9iS趋势扫描别的是,由于砷化镓为二元化合物,在不同面蚀刻后形状会不一样,随着不同平面,不同方向,不同溶液侵蚀,蚀刻后的形状可能为V字型,亦可能为底切(undercut)形状.不同形状对金属导线连接会有影响,例如跨平台端的导线是底切那面的话, 就会发生断线问题,另外不同的蚀刻后平面形状对器件的电性也会有影响,所以在光罩金属线路设计上,需要特别注意蚀刻的非等方向性.在干式蚀刻方面,一般硅IC在制造过程中会蚀刻材料层硅,氧化层,介电层和金属等材料,而砷化镓器件制造工艺中的干式蚀刻主要是以III.V 族半导体材料,介电层和光阻等为主,一般金属并不以干式侵蚀.而使用的机台和硅制造工艺类似, 通常普遍使用的设备为活性离子反应器(Reactive IonEtCher,RIE)和感应耦合式电浆蚀刻机(InductivelyCoupledPlasmaReactor,ICP)等,蚀刻不同材料时所用的反应气体不同,如硅制造工艺中要蚀刻硅或是二氧化硅时,使用四氟化碳(c)和氧气(o),而砷化镓制造工艺中蚀刻砷化镓使用三氯化硼(BCI)或六氟化硫(s)等,蚀刻光阻则使用氧气电浆l其中孔洞(via—hole)蚀刻及氮化镓(GaN)材料蚀刻时需要较高的蚀刻速率,通常以ICP蚀刻为主.在砷化镓HEMT和MESFET器件制造工艺中,需要有门极蚀刻(gaterecess)工艺技术,可以减少门极和源极间电阻,并且增加器件操作时的崩溃电压(breakdownvoltage),但此制造工艺需要准确的控制蚀刻深度及蚀刻后表面的平整度,临界电压才会平均,也不会有表面状态而造成漏电流及电流无法截止(pinch一5O2OO3/9off)的状况,硅IC并没有此门极蚀刻制造工艺.图3为HEMT器件门极蚀刻位置图,此制造工艺目前可使用干式和湿式蚀刻的方式来蚀刻门极,湿式蚀刻不会造成表面材料的伤害,但是整片蚀刻深度不均匀,且再现性较差,较不稳定,目前解决办法可以在中间多成长一层蚀刻停止层(etchstop layer),可以有效的控制蚀均匀刻深度.而干式蚀刻虽有较佳的选择性侵蚀,可以均匀的控制蚀刻深度,并且再现性较高,但是有可能造成表面的伤害和污染,目前可以在干式蚀刻加溶液稍湿式蚀刻,以减少表面伤害,并得较佳的侵蚀均匀度.而砷化镓器件中,对表面状态较不敏感的低噪声放大器(LownoiseAmplifier,LNA) HEMT可以使用干式蚀刻来蚀刻门极,因为器件信道层(channe1)在磊晶层内,对表面状态较不影响,而用在高功率的PowerMESFET,对器件表面状态较敏感,所以必须使用湿式蚀刻.D空气桥技术在金属多层连接导线方面,由于硅器件集成度较砷化镓来的高,为了各器件的电路连结,5,6 层的金属导线是必备技术,目前硅IC是使用铝金属导线及低电阻的铜导线技术;而金属层间的介电质材料,为使电容变小以降低Rc延迟时间,因此会使用lowk介电材料.而为使多层导线能顺利制造,硅IC还有平坦化制造工艺使表面平坦,以利于聚焦及微影工艺技术.而砷化镓为微波器件,其工艺技术的IC集成度并不像硅IC--~,只需要2～3层导线就足够,目前大都是使用金导线,而为了使砷化镓器件在操作更高频率时能降低RC延迟时间,一般使用空气桥(air—bridge)结构制造工艺,因为空气的介电常数为最低值为1,可使电容为最小.除此外电镀的传输线一般以金为主,厚度约2～3微米,如此可使电阻变小,可以有效的增加高频特性,这些都是硅制造工艺中所未使用的技术.背面与后段工艺技术差异分析砷化镓虽然电子速度较快,但由于导热系数较硅来的小所以散热较差,在高频操作时会造成器件温度太高,而影响到电性,所以砷化镓在做完前段工艺技术后,有后段背面处理工艺技术.背面处理制造工艺通常为利于器件散热而将基板磨薄,一般低噪声器件约磨薄至100微米,TRENDANALYS趋势扫描而功率器件由于操作时温度较高,需磨薄至50微米散热较好.此外,为减少高频打线的电感效应,通常以穿孔方式接地,此工艺技术使用ICP干式蚀刻进行背面穿孔(viahole),再以溅镀的方式镀上连接导线,因溅镀薄膜阶梯覆盖性较好,才不会有断线问题,将导线以最短的距离连接到背面.由于背面孔洞接地传输距离最短,在高频时才有良好的电性,这也是和硅制造工艺中不一样的地方,以下说明砷化镓半导体背面处理的工艺技术:半导体薄化技术半导体薄化的目的是为了达到较佳的散热性及电性,通常会将芯片磨薄至150或100m左右的厚度.砷化镓器件操作时,会在极微小的局域内产生很多的热量,这些热量通常是经由砷化镓背面传出.但是砷化镓半导体的导热性并不佳,因此须将芯片磨薄,让热量尽速传递到导热性良好的金属层,达到良好的散热.电性上的考虑,是因为在MMIC中,微传导带(microstriptransmissionline)的尺寸和芯片厚度有关,厚度越大,晶粒(chips)的尺寸也相对须增大不符成本.而且背面蚀刻穿孔,通常也仅适用于较薄的芯片.半导体薄化可采用半导体研磨(Wafergrinding),半导体研削(waferlapping),半导体抛表2中国台湾地区半导体厂技术领|曩注:一已完成开发O开发中x未有开发计划资料来源:工业技术研究院机械所;工业技术研究院IEK(2003/06) 512OO3,9DlS趋势扫描光(waferpolishing),湿式蚀刻等方法,其中以半导体研磨的效率较高且广被使用.由于III/V族材料(如GaAs)研磨后产生的粉尘会有碍人体健康,因此需要经过处理.半导体研磨时,会造成芯片表层的微缺陷(surfaceandsub—surfacedefect).这些缺陷及表面残留应力,可经由半导体抛光或湿式蚀刻的方式将其去除.半导体背面蚀刻穿孔与金属化制造工艺接将芯片内的晶粒切割分立,此技术广泛使用于硅半导体的处理上.由于砷化镓半导体较薄,因此有些砷化镓半导体厂采用画线及折断(scribe&break)技术进行切割一一借助半导体定位平台的精确水平移动,利用钻石刀具在化合物半导体芯片上下运动配合来进行划线切割,再以滚轮或压棒施压于芯片背面,达到垂直折断使晶粒完整分立.由于画线及折断的方法属干式制造工艺(dicing须使用切削液来冷却温度)较不会有污背面穿孔的目的是将正面的金属和背面的接地染芯片的疑虑,并且浪费的材料也较少.连接起来,当半导体磨薄后,接着在背面镀上光阻,借助半导体背面图案和正面图案的对准进行曝光,制作出所要的图形,接着用干式蚀刻方式,蚀刻到正面的金属垫(metalpad)为止,然后将光阻去除.蚀刻穿孔大致分成湿式蚀刻及干式蚀刻两种方法,湿式蚀刻是等向性蚀刻(若不考虑晶格结构方向所产生的影响),会有底切的现象,使蚀刻出的底孔过大,但对金属的蚀刻选择性较佳.干式蚀刻可从事非等向性蚀刻,可作较高宽/深比的孔洞.MMIC的背孔工艺技术,通常使用干式蚀刻,尤其是反应式离子蚀刻(reactiveionetching,RIE). 常用的干式蚀刻设备,包括感应耦合电浆蚀刻机(ICP),电子回旋共振式电浆蚀刻机(ECR)等.当背面穿孑L完成后,就可使用溅镀方式在背面镀上一层薄金属,然后再用电镀方式镀至所需厚度.角度太直的孔洞会使溅镀金属无法良好沉积于孔洞侧壁,因此前制造工艺所蚀刻的孔洞需有稍微的倾斜角度在背面金属化后,再利用微影,蚀刻的制造工艺将切割道(sawstreet/scribeline)的金属(Au)去除掉,让后续的切割制造工艺更容易进行. 在半导体切割部分可分为两种,第一种技术为半导体切割技术(dicingsaw),使用旋转刀具直522OO3,9中国台湾地区目前有四家厂商投注于砷化铱代工虽然目前全球主要通讯IC厂商大部分均为集成器件制造商模式,自行生产芯片并搭配自有系统产品,但在预期全球手机市场仍有4～5亿支的需求且市场在未来数年仍将成长的状况下,看好专业代工制造将有其市场空间,近年来三五族半导体半导体厂相继成立,也使得中国台湾地区成为全球砷化镓专业代工的重镇.中国台湾地区的砷化镓代工业者在1998～2000年间如雨后春笋般先后投资设立,目前中国台湾地区有四家砷化镓代工业者:宏捷(AWSC),稳懋(win),全球联合通信(GeT),尚达(Suntek),其中稳懋和全球联合通信两家一开始即以6英寸砷化镓半导体技术切人,宏捷,尚达则是由4英寸半导体开始生产,在工艺技术上大半专注于HBT制造工艺,产品应用上多以手机的功率放大器为主.中国台湾地区厂商投入砷化镓产业的半导体代工业务厂商中,其中速度较快的稳懋半导体首先于2000~资1亿美元,兴建全球首座6英寸砷化镓半导体厂,年产规模为10万片.而在南科的宏捷科技在2000年4月完成4英寸砷化镓半导体生产线,目前已为美商SkyWorks代工产品,提供2mHBT的工艺技术,以及量产制作单晶微波集成电路(MMIC)模块.而另一家由大众集团投资的砷化镓代工厂全球联合通信(a),除手机PAMMICgF,近来也积极接触sAwfilter,光纤DWDM系统用的AWG代工机会,并也朝向微机电方面发展.中国台镓代工产业,历经2～3年的技术与市场的发展,尽管目前在技术,制造工艺掌握等方面多已就绪,然因产品认证期较长,无线通讯产业景气发展低迷,市场产能过剩,集成器件制造商厂释单情况仍相当暖昧等因素影响,使2O02年中国台湾地区多数砷化镓代工业者发展仍看不到成长. 以2002年各家砷化镓半导体代工业者营收比较,以稳懋营收约人民币0.6亿元位居中国台湾地区同业首位,尽管2002年营收较2001年有倍数的成长,然以整体砷化镓产业来说,市场供过于求的态势仍然持续,加上国际集成器件制造商大厂委外释出代工订单的意愿仍相当保守,是促使中国台湾地区砷化镓代工业者发展不如预期的主因.由于目前无线主要通讯技术掌控在国外大厂手中,如砷化镓前三大厂RFMD,Vitesse,TriQuint,2001年市占率三者合计即超过四成,因此技术与代工订单取得不易,一般验证期长达9—18个月,而以技转方式又不易取得先进制造工艺且增加生产成本,再者受世界景气影响需求量减低,过去1年客户下单量产意愿不高等.尤其近期在科胜讯与Alpha经由产品技术互补而合并,取得的新产能并创造出的强劲竞争力, 此外同业合并效应已逐渐在欧美等地出现,对正值起步的中国台湾地区砷化镓代工业者来说,短期内也将有一定程度的影响.而在中国台湾地区TREND ANASi≥趋势扫描{整体砷化镓产业发展来看,中国台湾地区相关设计公司不足,关键技术无法掌握与RE模块封装厂缺乏技术研发能力等问题,也将造成中国台湾地区产业发展瓶颈.目前短期内IC设计业者对砷化镓代工厂来说应仍为主要的客户群,不过由于IC设计业者从产品开发至通过认证时间长达2—3年,而多数RFIC 设计业者在近两年才有较大幅度的投入生产,因此短期内欲有大量订单挹注的机会也不甚容易.不过若从手机的市场局域来看,鉴于亚洲地区手机制造集结,加上国际大厂目前也赴北京设立研发中心,因此未来寻求在亚洲地区委外代工的机会也将扩大增加,而中国台湾地区砷化镓产业发展架构成型,未来有很大的机会吸引大厂来台进行合作. 虽然2O02年产业景气低迷,然而厂商在此时积极寻求国外大厂进行生产认证并获致不错的成过.如宏捷在去年通过科胜讯的认证,稳懋也已通过日系集成器件制造商厂的认证并已小量出货,对中国台湾地区砷化镓产业发展来说均是相当正面的消息虽然通过认证初期,实质订单应仍在少量,然经由资格取得,一旦景气实质复苏,后续成长机会将相当大.近来由于集成器件制造商厂产能提升,目前受无线通讯产业器件库存逐渐去化完成,且GPRS系统应用逐渐普及等刺激,国际砷化镓集成器件制造商大厂产能利用率已有回温的态势出现,加上业者已逐步通过通讯厂商的认证并获致初步的成果,预期2003全球手机市场仍有4.3亿只的需求,未来在成本与竞争力考虑下,期望待景气回升时,能够带动中国台湾地区砷化镓代工产业进一步的成长.o (本文作者目前分别任职于工业技术研究院机械所,交大材料所以及工业技术研究院inK)本刊内容系由中国台湾地区新电子科技杂志(Micro—ElectronicsMagazine)授权提供.532O03/9。

砷化镓功率器件-概述说明以及解释

砷化镓功率器件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述砷化镓功率器件是一种基于砷化镓材料制造的高性能电力设备。

砷化镓材料具有优秀的电子特性和热特性，使得砷化镓功率器件在高频率、高功率和高温环境下具有出色的性能表现。

砷化镓功率器件已成为电子领域的重要组成部分，广泛应用于通信、能源、军事和工业等领域。

砷化镓功率器件的主要特点之一是其高功率密度。

相较于传统的硅功率器件，砷化镓功率器件可以在更小的体积内实现更高的功率输出，从而提高了设备的效率和性能。

此外，砷化镓功率器件具有较低的导通和开关损耗，使得其能够有效地减少能量的浪费，提高能源利用效率。

另外，砷化镓功率器件还具备较高的耐高温特性。

砷化镓材料的热导率和热稳定性优异，使得器件能够在高温环境下长时间稳定运行，不易受到热量的影响。

这在一些特殊的应用领域，如航空航天和军事设备中尤为重要。

总体而言，砷化镓功率器件凭借其高功率密度、低能量损耗和耐高温特性，在电力领域中具有重要的地位和广阔的应用前景。

未来随着制备技术的不断进步和创新，砷化镓功率器件有望在更多领域发挥重要作用，推动电子技术的发展与进步。

文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述和探讨砷化镓功率器件的相关内容：第一部分是引言部分，主要包括对砷化镓功率器件的概述、文章结构以及本文的目的。

在这一部分中，我们将对砷化镓功率器件进行简要介绍，并提供文章的整体结构和写作目的，以便读者能够清晰地了解本文的组织结构和阅读指南。

第二部分是正文部分，将详细探讨砷化镓功率器件的原理和特点、应用领域以及制备技术。

在2.1节中，我们将介绍砷化镓功率器件的工作原理和其特点，包括其高效能、高性能等方面。

在2.2节中，我们将探讨砷化镓功率器件在不同的应用领域中的广泛应用，包括通信、雷达、太阳能等。

在2.3节中，我们将详细介绍砷化镓功率器件的制备技术，包括材料选择、工艺流程等。

第三部分是结论部分，主要总结了砷化镓功率器件的优势和前景，挑战和发展方向以及文章的总结。

砷化镓

较纯砷化镓晶体的电子和空穴迁移率分别为8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少数载流子寿命为10-2～10-3μs。

由于GaAs具有很高的电子迁移率，故可用于制备高速或微波半导体器件。

砷化镓还用于制作耐高温、抗辐照或低噪声器件，以及近红外发光和激光器件，也用于作光电阴极材料等。

更重要的是它将成为今后发展超高速半导体集成电路的基础材料。

制备GaAs单晶的方法有区熔法和液封直拉法。

用扩散、离子注入、气相或液相外延及蒸发等方法可制成PN结、异质结、肖特基结和欧姆接触等。

衬底和外延层如由同一种材料构成的则称为同质结外延层，如由不同材料构成则称为异质结外延层。

外延材料可以是单层结构，也可以是多层结构。

外延材料的制备方法主要有气相外延法和液相外延法。

星载射频芯片硅基和砷化镓工艺

星载射频芯片的研究和开发一直是航天科技领域的一个重要方向。

射频芯片的性能直接影响了卫星通信、导航和遥感等功能的实现，因此对射频芯片的工艺技术和材料选择有着严格的要求。

在相关研究领域中，硅基和砷化镓工艺是两种常用的工艺技术，本文将对这两种工艺进行比较分析，并探讨它们在星载射频芯片应用中的优势和劣势。

一、硅基工艺1. 硅基工艺是目前射频芯片工艺领域的主流之一。

其优势在于成本低、工艺成熟、稳定性好，特别适合大规模集成电路生产。

硅基射频芯片在通信、雷达等领域有着广泛的应用。

2. 硅基工艺在射频芯片设计上有着成熟的经验，有着一套完善的设计流程和设计工具。

通过特殊的工艺处理，可以实现高性能的射频器件，如低噪声放大器、功率放大器等。

3. 然而，硅基工艺也存在着一些不足，尤其是在高频性能和功率密度方面。

硅基器件的损耗较大，在高频段性能较差。

硅基器件的集成度较低，很难实现高功率密度的射频芯片。

二、砷化镓工艺1. 砷化镓工艺相比硅基工艺，在射频领域有着更为出色的性能表现。

砷化镓材料具有优良的导电特性和热特性，可以实现高功率、高效率的射频器件。

2. 砷化镓工艺在集成度和功率密度方面有着显著的优势。

通过多晶砷化镓技术，可以实现高集成度的射频芯片设计，从而减小射频系统的体积和重量。

3. 砷化镓工艺在高频性能上也表现突出，其损耗较小，在微波和毫米波频段有着出色的性能。

这使得砷化镓工艺在宽带通信、卫星导航等高频应用中具有巨大的发展潜力。

三、硅基工艺和砷化镓工艺的比较1. 从工艺成熟度和成本角度看，硅基工艺优势明显；从性能和应用角度看，砷化镓工艺更具优势。

2. 在射频芯片应用中，硅基工艺适合于低功率、窄带的应用，如无线终端通信、WIFI等；而砷化镓工艺更适合于高功率、宽带的应用，如卫星通信、雷达系统等。

3. 随着卫星通信、导航、遥感等领域的发展，对射频芯片的要求越来越高，因此砷化镓工艺在星载射频芯片中的应用前景十分广阔。

硅基工艺和砷化镓工艺各自具有独特的优势和局限性，在星载射频芯片应用中需要根据具体的应用需求进行选择。

砷化镓的制备和使用1

砷化镓的制备和应用摘要：砷化镓（SaAs）半导体材料与传统的硅材料相比有着自己特有的属性。

砷化镓属III-V族半导体,具有高速、高频、耐高温、低噪声和发光等特点.是继锗、硅之后最主要的半导体材料之一.它具有迁移率高,禁带宽度大(1.43eV),抗辐射等特点。

因此我们在这里讲述一下砷化镓的制备和应用。

英文摘要：Gallium arsenide (SaAs) semiconductor materials and the traditional material than silicon has their own special attributes. Gallium arsenide of iii-v semiconductor, high speed, high frequency, high temperature resistant, low noise and light, etc. Is the silicon germanium, after one of the most major semiconductor materials. It has a high mobility, forbidden band width big (1.43 eV), resist radiation etc. Characteristics. So here we describe a gallium arsenide of preparation and application.关键词：砷化镓、水平布里奇曼法（横拉法）、液态密封法、制备、通讯应用引言：砷化稼材料是除硅单晶之外最重要、用途最广泛的化合物半导体材料之一。

在微电子和光电子领域有巨大的应用空间，主要用于制作高速、高频、大功率电子器件。

随着全球半导体产业的发展，砷化稼晶片的需求迅速增大，我们在这里就来研究一下砷化镓的制备和应用。

内容：制作砷化镓的方法有两种：一种是水平布里奇曼法又叫横拉法；另一种叫做液态密封法又叫LEP法或者LEC法。

砷化镓衬底去除

砷化镓衬底去除一、砷化镓衬底简介砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，具有高电子迁移率和直接带隙等优点，广泛应用于微电子、光电子、化合物半导体等领域。

砷化镓衬底是砷化镓晶体生长的基底，其质量和性能对砷化镓器件的性能和可靠性具有重要影响。

在砷化镓衬底制备过程中，需要对其进行表面处理和加工，去除表面杂质和损伤层，以提高其质量和性能。

二、砷化镓衬底去除方法1.机械研磨法机械研磨法是一种传统的砷化镓衬底去除方法，通过研磨剂和磨料对砷化镓衬底表面进行研磨，以去除表面杂质和损伤层。

该方法具有设备简单、操作方便等优点，但缺点是研磨过程中会产生热量和应力，容易引入新的损伤和杂质，影响砷化镓衬底的质量和性能。

2.化学腐蚀法化学腐蚀法是一种通过化学反应去除砷化镓衬底表面杂质和损伤层的方法。

该方法利用化学试剂与砷化镓衬底表面的杂质和损伤层发生化学反应，将其溶解或分解成可去除的物质，再通过清洗过程将其去除。

化学腐蚀法具有较高的去除效率和处理效果，但需要严格控制化学试剂的种类、浓度和处理时间，以避免对砷化镓衬底造成过腐蚀或损伤。

3.激光退火法激光退火法是一种利用激光能量对砷化镓衬底表面进行加热处理的方法。

该方法通过高能激光束的照射，使砷化镓衬底表面局部温度升高，产生热效应，使表面杂质和损伤层迅速熔融、汽化或分解，再通过冷却过程将熔融、汽化或分解的物质去除。

激光退火法具有高精度、高效率和高自动化等优点，但设备成本和维护成本较高。

4.等离子体刻蚀法等离子体刻蚀法是一种利用等离子体对砷化镓衬底表面进行刻蚀处理的方法。

该方法通过辉光放电或射频放电等方法，在真空环境下产生等离子体，等离子体中的活性粒子与砷化镓衬底表面发生物理和化学作用，将表面杂质和损伤层去除。

等离子体刻蚀法具有高精度、低损伤和可控性强等优点，但设备成本和维护成本较高。

三、砷化镓衬底去除的注意事项1.避免引入新杂质和损伤在砷化镓衬底去除过程中，应尽量避免引入新的杂质和损伤。

砷化镓单晶制备

水平布拉奇曼法 HB
垂直布里奇曼法 VB
垂直梯度凝固法(VGF)
工艺过程：
(1)熔化多晶料；
(2)开始生长时坩埚底部 <100>方向的籽晶处于慢速降温的温度梯度；
(3)为调节化学计量比在熔体上方保持一定的As压； (4)生长完毕时晶体慢速冷却到室温。
垂直布里奇曼法 VB
A. VB法与VGF法基本原理是相同的，最大的区别就是热场与坩埚相对移动的方式不同。
GaAs晶体的后续加工
• 晶体长成后，进行热处理以消除应力及改善电学性能，然后，进行头尾切割、滚圆、定向切割、倒角、研磨、抛光等精细加工，最终研制成具有优良的几何参数和表面状态的抛光片。
Thank You!
水平布拉奇曼法 HB
A. 在整个拉晶过程中，砷端永远控制在610～ 620℃以保持砷的平衡压力。 B. 为了减少硅的污染，常在高低温之间设一中温区以防止反应产物向冷端扩散，称 “三温区法”。
水平布拉奇曼法 HB
此法的优点是设备简单，可制备多种掺杂剂的不同电阻率的单晶，能降低位
错密度，加工后的直径可达76mm圆片、 250-600 mm 。
B. VGF技术，坩埚是不移动
的，而是调整各温区的温度，而VB技术中，热场固定不动，通过驱动坩埚进
行移动，导致生长界面产
生相对运动。 C. 由于控制过程的不同，设备成本有很大的区别，VB 工艺设备相对更便宜。
垂直布里奇曼法 VB
砷化镓多晶体
（原料准备）
垂直布里奇曼法 VB
1 根据材料的性质选用的是电阻炉 2 最新的垂直梯度炉设备，采用计算机控制，设有48个控制点，可控制24-32炉温段，可直接生长出完整性好的圆形GaAs单晶。 3 容器为石英管，直径最大可达 100mm和150mm。 4 不足之处是生长晶体时,无法观察和判断单晶生长情况,实现准确的温控需要进行大量试验之后取得经验。

砷化镓

砷化镓李启靖何智慧杨海荣砷化镓（gallium arsenide）（化学式GaAs）是一种重要的半导体材料。

它在许多领域都得到了重要的应用。

本文将从四个方面进行对砷化镓的介绍。

一、砷化镓的简介砷化镓是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物，黑灰色固体，熔点1238℃。

它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。

砷化镓可作半导体材料，其电子迁移率高、介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊，可作磊晶片。

由于传送讯号的射频元件需要工作频率高、低功率消耗、低杂讯等特色，而砷化镓本身具有光电特性与高速，因此砷化镓多用於光电元件和高频通讯用元件。

砷化镓可应用在WLAN、WLL、光纤通讯、卫星通讯、LMDS、VSAT等微波通讯上。

不过，砷化镓材料成本较高，使用的制程设备也与一般IC业者常用的矽制程设备不同。

砷化镓材料是继硅单晶之后第二代新型化合物半导体材料中最重要、用途最广泛的材料之一。

在微电子和光电子领域有着巨大的应用空间，主要用于制作高速、高频、大功率等微电子器件和电路，随着IT行业的发展，市场空间不断扩大。

在光电子领域，随着全球LED市场突飞猛进的发展，在世界半导体固态照明大趋势的引领下，砷化镓晶片的需要已经开始大幅增加。

随着科学技术的不断发展，砷化镓材料将有更加广泛的用途。

砷化镓材料在世界发达国家均被视为战备储备物资，美、英、法、俄、日、德等国家都对砷化镓材料的开发应用投入了巨资，尤其美国还将砷化镓材料的生产应用技术列入国防白皮书，从而对美国国防技术起到了重要作用。

在现代军备技术中，几项关键技术均与砷化镓材料有直接关系。

例如，机载相控雷达、战术红外线夜视镜，抗辐射电子元件，红外线激光导航、红外线激光瞄准仪等。

以砷化镓化合物半导体材料为代表的新型信息功能材料已经列入国家高科技优先发展目录，信息功能已成为国家鼓励发展产业。

二、砷化镓的应用由于砷化稼拥有高频、低噪声与高电子迁移率的物理特性, 砷化稼微波器件技术最初是应用在国防、太空科技及人造卫星通讯方面, 由于无线通讯的需求量不断成长, 砷化稼微波器件现已广泛普及到一般的商业用途, 例如在手机功率放大器、计算机产品、工业应用及无线电通信等方面。