包括汽車、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)用對大功率設(shè)備的需求正在增加。如今，功率器件必須滿足高效率、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)對這些挑戰(zhàn)，在芯片制造過程中需要更高縱橫比結(jié)構(gòu)的跨晶圓均勻性。通過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現(xiàn)這些先進(jìn)的器件結(jié)構(gòu)。

芯片制造商正面臨著對特殊器件不斷增長的需求，包括功率器件、微機電系統(tǒng)、模擬和混合信號半導(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和工業(yè)應(yīng)用，如電動汽車、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發(fā)來支持這些專業(yè)技術(shù)，”戰(zhàn)略營銷高級總監(jiān) Michelle Bourke 和戰(zhàn)略營銷董事總經(jīng)理 David Haynes 說，他們都是 Lam Research 客戶支持業(yè)務(wù)集團的一部分。“我們今天關(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，這些天來，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)今市場上最大的一部分，并且在傳統(tǒng) MOSFET、超級結(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，從性能的角度來看，其結(jié)構(gòu)和制造至關(guān)重要。同時，有從 200 毫米晶圓制造轉(zhuǎn)向 300 毫米晶圓制造的趨勢，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（來源：Lam Research）

“我們推出了 Syndion GP 來應(yīng)對這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，”Bourke 和 Haynes 說。“這款新產(chǎn)品將使我們的客戶能夠進(jìn)行 200 毫米或 300 毫米晶圓制造，從而使他們能夠順利過渡到更高的產(chǎn)能以及改進(jìn)的技術(shù)能力。”

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)的開關(guān)性能，而不會影響外形尺寸。這一要求可以通過轉(zhuǎn)向更高縱橫比的溝槽來解決，這需要精確和均勻的深硅蝕刻工藝來創(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。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：深溝的幾何形狀對性能至關(guān)重要。（來源：林研究）

這些結(jié)構(gòu)的蝕刻控制非常重要。在前幾代 IGBT 中，器件制造過程中蝕刻過程中涉及的硅面積相對較低——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開發(fā)特定解決方案（例如 Syndion GP）來解決這些應(yīng)用程序所提供的，”Bourke 和 Haynes 說。

Syndion GP 匯集了 Lam Research 技術(shù)的許多要素。它可以通過控制深硅蝕刻工藝或 DRIE 工藝的自由基和離子的分布來實現(xiàn)對整個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，因為大多數(shù) 200 毫米晶圓廠已滿。

“200 毫米設(shè)備的短缺是我們的客戶轉(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。“我們想要一種足夠靈活的工具來處理 200 和 300 毫米晶圓，并且能夠處理傳統(tǒng)的 MOSFET、IGBT、超級結(jié) MOSFET 和智能電源應(yīng)用，所有這些都只需要一個腔室技術(shù)。”

Lam Research 的發(fā)言人表示，硅基器件將在很長一段時間內(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)研究來提高 IGBT 或超級結(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 毫米將推動制造能力的經(jīng)濟性和可用性，則需要改進(jìn)過程控制。

“這正是我們在推出新產(chǎn)品時一直關(guān)注的重點，”Bourke 和 Haynes 說。“我們認(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很長一段時間內(nèi)延長這些技術(shù)的壽命。”

審核編輯 黃昊宇