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日本公司采用HVPE 工艺成功在6 英寸晶圆上外延沉积氧化镓
Novel Crystal Technology, Inc.与大阳日酸、东京农工大学合作,首次采用卤化物气相外延 (HVPE) 工艺在 6 英寸晶圆上成功沉积了下一代半导体材料 β-Ga2O3,有助于降低功率器件的成本并提高下一代电动汽车的节能效果。


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图 6 英寸测试晶片上形成的 β-Ga2O3 薄膜

据介绍,氧化镓(β-Ga2O3)具有比碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)更大的能带隙,由该材料制成的晶体管和二极管有望具有优异的功率器件特性,如高击穿电压、高输出和高效率(低损耗)。日本在 β-Ga2O3 功率器件的开发方面处于世界领先地位,Novel Crystal Technology, Inc. 已于2021年已经开发出采用卤化物气相外延(HVPE)工艺的小直径4英寸β-Ga2O3外延片,并已生产销售。

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与 SiC 和 GaN 晶片不同,β-Ga2O3 晶片有利于降低功率器件的价格,因为它们可以通过块状晶体快速生长的熔体生长方法制造,并且易于获得大直径晶片。虽然 HVPE工艺具有较低的原材料成本并提供高纯度的沉积,但目前的设备只能制作小直径(2 英寸或 4 英寸)的单晶片。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,以降低HVPE工艺所涉及的外延沉积成本。

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图 6英寸测试晶片上β-Ga2O3的膜厚分布

此外,该研究团队在 6 英寸的测试晶片上演示了 β-Ga2O3 外延沉积,实现了 ±10% 或更小的膜厚分布,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。这些成果将极大地推动大直径晶圆批量式量产设备的发展。

通过HVPE工艺制造的β-Ga2O3外延片主要用于肖特基势垒器件(SBDs)和场效应晶体管(FETs),预计到2030年市场规模将增长到590亿日元左右。


大阳日酸、东京农工大学和Novel Crystal Technology, Inc.将继续在NEDO项目中开发β-Ga2O3外延沉积的量产设备,并使用6英寸β-Ga2O3晶片和β-Ga2O3薄膜进行外延薄膜沉积,并争取在2024年实现设备商业化。



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