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29 2021月
比利时鲁汶的纳米电子研究中心 imec 和位于德国亚琛附近的 Herzogenrath 的沉积设备制造商 Aixtron SE 已经证明了氮化镓 (GaN) 缓冲层的外延生长，该缓冲层符合在 1200 毫米 QST 衬底上的 200V 应用，硬击穿电压超过 1800V。 1200V 合格缓冲层的可制造性被认为为电动汽车 (EV) 等最高电压的基于 GaN 的电源应用打开了大门，以前只有可行的基于碳化硅 (SiC) 的技术。 结果是在爱思强的 G5+ C 全自动金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 反应器在 imec 进行认证后得出的，用于集成优化的材料外延堆叠。
宽带隙材料 GaN 和 SiC 已证明其作为下一代半导体的价值，适用于硅不足的高功率应用。 基于 SiC 的技术是最成熟的，但也更昂贵。 例如，多年来，在 200 毫米硅晶片上生长的基于 GaN 的技术取得了巨大进步。 在 imec，合格的增强型高电子迁移率晶体管 (HEMT) 和肖特基二极管功率器件已在 100V、200V 和 650V 工作电压范围内进行了演示，为大批量制造应用铺平了道路。 然而，实现高于 650V 的工作电压一直受到在 200mm 晶圆上生长足够厚的 GaN 缓冲层的困难的挑战。 因此，迄今为止，SiC 仍然是 650-1200V 应用的首选半导体，例如电动汽车和可再生能源。
imec 和 Aixtron 首次展示了在 1200°C 和 200°C 下在 25mm QST（SEMI 标准厚度）衬底上的 GaN 缓冲层的外延生长符合 150V 应用要求，硬击穿超过 1800V。
图形：在 1200V GaN-on-QST 上在两种不同温度下测量的垂直正向缓冲器漏电流：（左）25°C 和（右）150°C。 Imec 的 1200V 缓冲器显示低于 1μA/mm 的垂直漏电流2 在 25°C 和低于 10µA/mm2 150°C 至 1200V，1800°C 和 25°C 击穿电压均超过 150V，适合加工 1200V 器件。
“GaN 现在可以成为从 20V 到 1200V 的整个工作电压范围的首选技术，”imec 的高级业务开发经理 Denis Marcon 说。 “可在高吞吐量 CMOS 晶圆厂中处理更大的晶圆，与本质上昂贵的基于 SiC 的技术相比，基于 GaN 的功率技术提供了显着的成本优势。”
实现高击穿电压的关键是复杂外延材料堆栈的精心设计，并结合使用 200 毫米 QST 衬底，在 Imec 行业附属计划 (IIAP) 范围内执行。 来自美国加利福尼亚州圣克拉拉市 Qromis Inc 的 CMOS 晶圆厂友好 QST 衬底的热膨胀与 GaN/AlGaN 外延层的热膨胀非常匹配，为更厚的缓冲层铺平了道路，从而实现了更高的工作电压。
“将imec 的1200V GaN-on-QST 外延技术成功开发到爱思强的MOCVD 反应器中是我们与imec 合作的下一步，”爱思强首席执行官兼总裁Felix Grawert 博士说。 “早些时候，在 imec 的设施安装 Aixtron G5+ C 后，imec 专有的 200 毫米 GaN-on-Si 材料技术在我们的 G5+ C 大批量制造平台上获得认证，例如针对高压功率开关和 RF 应用，并使我们的客户能够通过预先验证的可用epi 配方实现快速生产，”他补充道。 “凭借这一新成就，我们将能够共同开拓新市场。”
目前，正在处理横向 e-mode 器件以证明 1200V 下的器件性能，并且正在努力将该技术扩展到更高电压的应用。 除此之外，imec 还在探索 8 英寸 GaN-on-QST 垂直 GaN 器件，以进一步扩展基于 GaN 技术的电压和电流范围。
Imec 和 Qromis 在 200mm CTE 匹配的衬底上展示 p-GaN HEMT
资料来源：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2021/apr/aixtron-imec-290421.shtml
