世界首例成功在6英寸晶圆上使用HVPE卤化物气相外延方法进行氧化镓GaO外延沉积制造

发布时间:

2023-05-19 13:57

 

 

世界首例使用HVPE方法在6英寸晶圆上成功进行氧化镓外延沉积
-帮助降低功率器件的成本,提高下一代电动汽车的节能效果-

 

作为NEDO "战略节能技术创新计划 "的一部分,Novel Crystal Technology, Inc.与大阳日酸株式会社和东京农业技术大学合作,通过使用卤化物气相外延(HVPE)方法,首次在6英寸晶圆上成功沉积了下一代半导体材料β-Ga2O3

1. 6英寸测试晶圆上形成的β-Ga2O3薄膜

β- Ga2O3 功率器件的广泛采用有望为工业机械、住宅光伏发电系统和下一代电动汽车中使用的逆变器带来节能效果。我们最近的成就将克服β- Ga2O3 外延沉积的高成本问题,并引领了能够批量生产大直径外延晶片的外延沉积设备的发展。

 

1. 概述

氧化镓(β- Ga2O3)比碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)具有更大的带隙能量,用这种材料制成的晶体管和二极管有望具有优良的功率器件特性,如高击穿电压、高输出能力和高效率(低损耗)。日本在开发β- Ga2O3功率器件方面处于世界领先地位,Novel Crystal早在2021年已经利用卤化物气相外延(HVPE)方法开发了4英寸β- Ga2O3外延晶片。我们目前正在制造和销售这些晶片。SiCGaN晶圆不同,β- Ga2O3晶圆对于降低功率器件的价格是很有优势的,因为它们可以用熔融生长法制造,在这种方法中块状晶体生长很快,而且很容易获得大直径的晶圆。然而,虽然HVPE方法的原材料成本低,并能提供高纯度的沉积,但目前的设备只能制造小直径(2英寸或4英寸)的单晶硅。这个问题意味着对能够批量生产大直径(6英寸或8英寸)晶圆的设备有很大的需求,以减少HVPE方法中涉及的外延沉积成本。

NEDO "战略节能技术创新计划-用于下一代功率器件的大直径大规模生产的氧化镓 "项目中,我们与大阳日酸和东京农工大学合作开发用于大规模生产大直径β- Ga2O3晶片的外延沉积设备。特别是在2019财年该计划的 "孵化 "研究和开发阶段,我们开发了作为HVPE方法原材料的金属氯化物的外部供应技术。此外,我们建立了6英寸单晶硅HVPE设备,并对其进行了评估,以便在2020-2021财年的实际开发阶段建立大规模生产的基本技术。今年,我们在世界上首次成功地在6英寸晶圆上沉积了β- Ga2O3

 

2. 目前成果

大阳日酸、东京农工大学和Novel Crystal开发了一种6英寸单片HVPE设备(图2),并在世界上首次成功地将β-Ga2O3沉积在6英寸测试晶圆上(使用蓝宝石衬底)(图1)。
此外,我们在6英寸的测试晶圆上演示了β-Ga2O3外延沉积,并实现了±10%以下的膜厚分布,还进一步证实了通过优化外延沉积条件和使用独特的原料喷嘴结构,可以实现均匀的外延沉积(图3)。这些成果将大大推进大直径晶圆批量化生产设备的发展。据估计,到2030年,β-Ga2O3外延沉积工艺和大规模采用设备的节能效果约为21万千升/年。

2 开发的用于β-Ga2O3外延沉积的6英寸单晶片HVPE设备照片

3 β-Ga2O36英寸测试晶圆上的薄膜厚度分布

 

3.未来计划

大阳日酸、东京农工大学和Novel Crystal将继续在NEDO项目中开发用于β-β-Ga2O3 外延沉积的大规模生产设备,并使用6英寸β-Ga2O3晶片和β-Ga2O3薄膜进行外延膜沉积。我们将通过评估薄膜的电气特性和存在的缺陷来开发高质量的β-Ga2O3外延沉积技术,并争取在2024年将设备商业化。用HVPE方法制造的β-Ga2O3外延片主要用于肖特基二极管和场效应管,预计到2030年该市场将增长到约590亿日元。通过我们的大规模生产设备进入市场并普及β-Ga2O3功率器件,我们将为下一代电动汽车和其他电源应用提供节能。

 

文章来自TMAURA官网

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