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                      世界首例成功在6英寸晶圓上使用HVPE鹵化物氣相外延方法進行氧化鎵GaO外延沉積制造

                      發布時間:

                      2023-05-19 13:57

                       

                       

                      世界首例使用HVPE方法在6英寸晶圓上成功進行氧化鎵外延沉積
                      -幫助降低功率器件的成本,提高下一代電動汽車的節能效果-

                       

                      作為NEDO "戰略節能技術創新計劃 "的一部分,Novel Crystal Technology, Inc.與大陽日酸株式會社和東京農業技術大學合作,通過使用鹵化物氣相外延(HVPE)方法,首次在6英寸晶圓上成功沉積了下一代半導體材料β-Ga2O3。

                      1. 6英寸測試晶圓上形成的β-Ga2O3薄膜

                      β- Ga2O3 功率器件的廣泛采用有望為工業機械、住宅光伏發電系統和下一代電動汽車中使用的逆變器帶來節能效果。我們最近的成就將克服β- Ga2O3 外延沉積的高成本問題,并引領了能夠批量生產大直徑外延晶片的外延沉積設備的發展。

                       

                      1. 概述

                      氧化鎵(β- Ga2O3)比碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)具有更大的帶隙能量,用這種材料制成的晶體管和二極管有望具有優良的功率器件特性,如高擊穿電壓、高輸出能力和高效率(低損耗)。日本在開發β- Ga2O3功率器件方面處于世界領先地位,Novel Crystal早在2021年已經利用鹵化物氣相外延(HVPE)方法開發了4英寸β- Ga2O3外延晶片。我們目前正在制造和銷售這些晶片。SiCGaN晶圓不同,β- Ga2O3晶圓對于降低功率器件的價格是很有優勢的,因為它們可以用熔融生長法制造,在這種方法中塊狀晶體生長很快,而且很容易獲得大直徑的晶圓。然而,雖然HVPE方法的原材料成本低,并能提供高純度的沉積,但目前的設備只能制造小直徑(2英寸或4英寸)的單晶硅。這個問題意味著對能夠批量生產大直徑(6英寸或8英寸)晶圓的設備有很大的需求,以減少HVPE方法中涉及的外延沉積成本。

                      NEDO "戰略節能技術創新計劃-用于下一代功率器件的大直徑大規模生產的氧化鎵 "項目中,我們與大陽日酸和東京農工大學合作開發用于大規模生產大直徑β- Ga2O3晶片的外延沉積設備。特別是在2019財年該計劃的 "孵化 "研究和開發階段,我們開發了作為HVPE方法原材料的金屬氯化物的外部供應技術。此外,我們建立了6英寸單晶硅HVPE設備,并對其進行了評估,以便在2020-2021財年的實際開發階段建立大規模生產的基本技術。今年,我們在世界上首次成功地在6英寸晶圓上沉積了β- Ga2O3。

                       

                      2. 目前成果

                      大陽日酸、東京農工大學和Novel Crystal開發了一種6英寸單片HVPE設備(圖2),并在世界上首次成功地將β-Ga2O3沉積在6英寸測試晶圓上(使用藍寶石襯底)(圖1)。
                      此外,我們在6英寸的測試晶圓上演示了β-Ga2O3外延沉積,并實現了±10%以下的膜厚分布,還進一步證實了通過優化外延沉積條件和使用獨特的原料噴嘴結構,可以實現均勻的外延沉積(圖3)。這些成果將大大推進大直徑晶圓批量化生產設備的發展。據估計,到2030年,β-Ga2O3外延沉積工藝和大規模采用設備的節能效果約為21萬千升/年。

                      2 開發的用于β-Ga2O3外延沉積的6英寸單晶片HVPE設備照片

                      3 β-Ga2O36英寸測試晶圓上的薄膜厚度分布

                       

                      3.未來計劃

                      大陽日酸、東京農工大學和Novel Crystal將繼續在NEDO項目中開發用于β-β-Ga2O3 外延沉積的大規模生產設備,并使用6英寸β-Ga2O3晶片和β-Ga2O3薄膜進行外延膜沉積。我們將通過評估薄膜的電氣特性和存在的缺陷來開發高質量的β-Ga2O3外延沉積技術,并爭取在2024年將設備商業化。用HVPE方法制造的β-Ga2O3外延片主要用于肖特基二極管和場效應管,預計到2030年該市場將增長到約590億日元。通過我們的大規模生產設備進入市場并普及β-Ga2O3功率器件,我們將為下一代電動汽車和其他電源應用提供節能。

                       

                      文章來自TMAURA官網

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