射频滤波器工艺流程中重复金属薄膜的多层金属堆叠测量。
根据Technavio的数据，最近的一项研究显示，从2019年到2024年，射频(RF)滤波器市场以约20%的复合年增长率(CAGR)稳步增长了近160亿美元。射频滤波器市场的强劲增长是由5G技术的广泛采用、使用5G的智能手机的激增以及依赖于物联网(IoT)应用的商业和消费设备所推动的。总之，这些因素是推动社会数字化转型的一些最重要的因素。
然而，射频滤波器市场面临着半导体行业整体正在经历的许多相同的挑战，包括需要将更多的东西装入越来越小的空间。在每一代RF滤波器中，滤波器的数量不仅稳步增加，而且不断增加的滤波器数量导致了对更严格的过程监控和控制的需求。频率精度3σ为0.1%，要求薄膜厚度控制在相同或更好的精度范围内。
让我们看看一个射频滤波器组件，一个体声波(BAW)谐振器。BAW是夹在顶部和底部电极之间的压电结构。谐振频率取决于声速和压电薄膜的厚度，以及电极的厚度。顶部电极作为质量加载层的厚度可以拨入以产生频移，这通常用于形成滤波器通带。
图1:同时测量顶部电极/压电层/底部电极。
由于射频滤波工艺与厚度直接相关，因此需要沉积极其均匀的薄膜(~0.1%或更好)。随着5G支持更高频率和增加带宽的额外要求，射频滤波器设备制造商使用几个不同的处理旋钮来调谐设备。例如，我们看到越来越多的趋势是更薄的层来支持更高的频率，采用掺杂sc的压电材料来改善压电耦合，以及添加温度补偿SiO2层层叠加以提高谐振腔的温度系数。
20多年来，微微秒超声波在多个终端市场领域，技术一直是在线金属薄膜的计量主力。射频滤波器工艺流程中的关键工艺步骤(即表征压电层的声速)，测量重复金属膜的多层金属堆叠，完全由皮秒超声技术提供。将数据从皮秒级超声波测量传递到高级工艺控制回路中的微调操作，可实现所需的跨晶圆均匀性，是调整滤波器性能的关键因素。
图2:预(沉积时)总层厚。皮秒超声波测量数据送入离子微调器;离子磨后的厚度显示晶圆间均匀性改善。
图3:同时测量AlN压电层的厚度和声速。在Sc掺杂的AlN中，薄膜中的速度变化与Sc浓度相关。
由于皮秒超声波技术在这一过程中起着至关重要的作用，因此应该不断改进硬件和算法，以领先于设备制造商的需求。
在测量多层堆叠时，例如，氧化物/顶部电极/压电/底部电极，同时测量所有四层是极其关键的。在这种情况下，测量信号是SiO的卷积2使用皮秒超声技术的先进建模技术解决了信号不同成分的反褶积问题，提高了在线大批量制造所需的灵敏度、准确性、可重复性和鲁棒性要求。在减去热背景(图4中的绿色曲线)后，并使用这样一种先进的处理技术，信号中的相关特征与振荡解耦(图4中的红色曲线)。这允许同时对堆栈的所有四层进行建模。在测量此类堆栈时，典型的重复性为3σ <0.3%，舰队是内在匹配的。
图4:SiO薄膜体声学谐振器(FBAR)器件的测量信号2薄膜使用皮秒超声波。
皮秒超声波技术已经成为射频过程监测领域的特定挑战的独特解决方案。这些建模技术提供的灵敏度和可重复性将使晶圆厂能够满足客户依赖射频滤波器为5G技术和物联网供电的需求。
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