包括汽車(chē)、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心和能源行業(yè)在內(nèi)的多種電子應(yīng)用對(duì)大功率設(shè)備的需求正在增加。如今，功率器件必須滿(mǎn)足高效率、高功率密度、低功耗和出色的熱管理等嚴(yán)格要求。為了成功應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，在芯片制造過(guò)程中需要更高縱橫比結(jié)構(gòu)的跨晶圓均勻性。通過(guò)使用非常精確和均勻的深硅蝕刻工藝，可以在不影響所需外形尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)的器件結(jié)構(gòu)。

芯片制造商正面臨著對(duì)特殊器件不斷增長(zhǎng)的需求，包括功率器件、微機(jī)電系統(tǒng)、模擬和混合信號(hào)半導(dǎo)體、射頻 IC 解決方案、光電器件和CMOS 圖像傳感器，能夠支持廣泛的消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用，如電動(dòng)汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等。

Lam Research 推出 Syndion GP

半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新晶圓制造設(shè)備和服務(wù)的全球供應(yīng)商 Lam Research Corporation 最近宣布推出 Syndion GP，這是一種新產(chǎn)品，允許芯片制造商使用深硅蝕刻技術(shù)開(kāi)發(fā)下一代功率器件和電源管理 IC。

“在 Lam Research，我們有自己的工程和工藝開(kāi)發(fā)來(lái)支持這些專(zhuān)業(yè)技術(shù)，”戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)總監(jiān) Michelle Bourke 和戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)董事總經(jīng)理 David Haynes 說(shuō)，他們都是 Lam Research 客戶(hù)支持業(yè)務(wù)集團(tuán)的一部分?！拔覀兘裉礻P(guān)注的是基于硅的功率器件和電源管理 IC。”

Lam Research 是等離子蝕刻和沉積工具以及用于制造半導(dǎo)體（包括先進(jìn)的功率半導(dǎo)體器件）的單晶片清潔解決方案的制造商。據(jù) Lam Research 稱(chēng)，這些天來(lái)，寬帶隙半導(dǎo)體受到了很多關(guān)注，例如氮化鎵和碳化硅，該公司也涉足這些領(lǐng)域。然而，迄今為止，硅基功率器件是當(dāng)今市場(chǎng)上最大的一部分，并且在傳統(tǒng) MOSFET、超級(jí)結(jié) MOSFET、IGBT 和模擬 IC 等功率器件上仍有許多先進(jìn)的發(fā)展。

今天，大多數(shù) FET 已從平面結(jié)構(gòu)遷移到溝槽柵極，從性能的角度來(lái)看，其結(jié)構(gòu)和制造至關(guān)重要。同時(shí)，有從 200 毫米晶圓制造轉(zhuǎn)向 300 毫米晶圓制造的趨勢(shì)，從而降低了總體成本并利用了領(lǐng)先的先進(jìn)設(shè)備。圖 1 顯示了使用 Syndion GP 處理的晶圓。

圖 1：Lam Research 設(shè)備上的晶圓（來(lái)源：Lam Research）

“我們推出了 Syndion GP 來(lái)應(yīng)對(duì)這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，”Bourke 和 Haynes 說(shuō)。“這款新產(chǎn)品將使我們的客戶(hù)能夠進(jìn)行 200 毫米或 300 毫米晶圓制造，從而使他們能夠順利過(guò)渡到更高的產(chǎn)能以及改進(jìn)的技術(shù)能力?！?/p>

大多數(shù)先進(jìn)的基于硅的設(shè)備需要更高的功率密度和改進(jìn)的開(kāi)關(guān)性能，而不會(huì)影響外形尺寸。這一要求可以通過(guò)轉(zhuǎn)向更高縱橫比的溝槽來(lái)解決，這需要精確和均勻的深硅蝕刻工藝來(lái)創(chuàng)建溝槽。這些深溝槽是非常密集的平行線陣列，由亞微米垂直側(cè)壁隔開(kāi)。如圖 2 所示，深溝槽的縱橫比可以達(dá)到 60:1（甚至更高），因此需要出色的蝕刻均勻性和輪廓。只是給你一個(gè)概念，哈利法塔（世界上最高的建筑之一）的縱橫比約為 9:1，僅為深硅溝槽縱橫比的六分之一。

圖 2：深溝的幾何形狀對(duì)性能至關(guān)重要。（來(lái)源：林研究）

這些結(jié)構(gòu)的蝕刻控制非常重要。在前幾代 IGBT 中，器件制造過(guò)程中蝕刻過(guò)程中涉及的硅面積相對(duì)較低——僅為晶圓尺寸的 10% 到 15%。在這些能夠處理更高功率密度的先進(jìn)結(jié)構(gòu)中，蝕刻硅的面積可能是晶圓表面的 50% 甚至 60%，這給芯片制造商帶來(lái)了技術(shù)挑戰(zhàn)。

“隨著從 200 到 300 毫米晶圓的這種遷移，在更大的晶圓上實(shí)現(xiàn)所需的均勻性變得更加困難：您不僅需要達(dá)到 300 毫米，而且還需要您的設(shè)備良率非常好，這就是我們能夠通過(guò)開(kāi)發(fā)特定解決方案（例如 Syndion GP）來(lái)解決這些應(yīng)用程序所提供的，”Bourke 和 Haynes 說(shuō)。

Syndion GP 匯集了 Lam Research 技術(shù)的許多要素。它可以通過(guò)控制深硅蝕刻工藝或 DRIE 工藝的自由基和離子的分布來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)晶片的等離子體的非常好的控制。

由于歷史上大部分硅基器件都是在 200 毫米晶圓上制造的，因此如今的產(chǎn)能有限，因?yàn)榇蠖鄶?shù) 200 毫米晶圓廠已滿(mǎn)。

“200 毫米設(shè)備的短缺是我們的客戶(hù)轉(zhuǎn)向 300 毫米設(shè)備的原因之一，從而為產(chǎn)能提供了更多選擇，”Bourke 和 Haynes 說(shuō)?！拔覀兿胍环N足夠靈活的工具來(lái)處理 200 和 300 毫米晶圓，并且能夠處理傳統(tǒng)的 MOSFET、IGBT、超級(jí)結(jié) MOSFET 和智能電源應(yīng)用，所有這些都只需要一個(gè)腔室技術(shù)?！?/p>

Lam Research 的發(fā)言人表示，硅基器件將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)與寬帶隙材料（SiC 和 GaN）共存。仍然有很多關(guān)于硅的先進(jìn)研究來(lái)提高 IGBT 或超級(jí)結(jié) MOSFET 的性能，使它們能夠在更高的電壓和更高的頻率下工作。如果轉(zhuǎn)向 300 毫米將推動(dòng)制造能力的經(jīng)濟(jì)性和可用性，則需要改進(jìn)過(guò)程控制。

“這正是我們?cè)谕瞥鲂庐a(chǎn)品時(shí)一直關(guān)注的重點(diǎn)，”Bourke 和 Haynes 說(shuō)?！拔覀冋J(rèn)為，將這些更先進(jìn)和大批量的制造工具用于制造硅基功率器件將有助于在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)延長(zhǎng)這些技術(shù)的壽命?！?br />
審核編輯 黃昊宇