GaN被預(yù)計(jì)為下一代功率半導(dǎo)體。基于這種寬帶隙半導(dǎo)體的功率器件性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的Si基功率芯片，其表現(xiàn)為高擊穿電壓，更快的開關(guān)速度，高導(dǎo)熱性和更低的導(dǎo)通電阻（Ron）。

 

　　2017年11月1日，由國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、北京市順義區(qū)人民政府主辦的第十四屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇暨 2017 國際第三代半導(dǎo)體論壇開幕大會(huì)在北京順義隆重召開。

　　會(huì)期兩天半，同期二十余場(chǎng)次會(huì)議。2日上午，由中國電子科技集團(tuán)第十三研究所和專用集成電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同協(xié)辦的“氮化鎵功率電子器件”技術(shù)分會(huì)上，來自英諾賽科（珠海）科技有限公司副總經(jīng)理金源俊介紹“200mm CMOS晶圓廠無分散增強(qiáng)型650V GaN-on-Si HEMTs 器件工藝”報(bào)告。

　　由于缺乏低成本GaN體襯底，GaN被外延生長(zhǎng)在各種基底上，最常見的是藍(lán)寶石，碳化硅（SiC）和硅。雖然晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)（CTE）的失配使外延GaN很困難，特別是對(duì)于較大的Si襯底尺寸，但是對(duì)GaN生長(zhǎng)Si襯底變得有吸引力，這是因?yàn)镾i的晶圓直徑大（200mm及更高）。為了替代商業(yè)的Si功率器件，GaN器件應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為增強(qiáng)型（e-mode），并通過低成本，可重復(fù)和可靠的生產(chǎn)工藝制造。通過在柵極下添加p摻雜的GaN層，由此提升平衡態(tài)的導(dǎo)帶并導(dǎo)致電子耗盡，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件。在新的或現(xiàn)有的200mm中制造GaN-on-Si功率器件的能力生產(chǎn)設(shè)施提供進(jìn)一步的成本競(jìng)爭(zhēng)力。

 

　　Imec最近開發(fā)了一種4.9微米厚的GaN-on-Si緩沖層，適用于200 mm晶圓尺寸的650 V功率應(yīng)用。 Imec工藝實(shí)施在200 mm CMOS芯片上。由于Au雜質(zhì)在Si中的快速擴(kuò)散，導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命減小，所以GaN金屬化方案必須是無Au的。由于高帶隙和缺乏外延層的明確摻雜，特別是無Au歐姆接觸的發(fā)展是極具挑戰(zhàn)性。通過使用Si / Ti / Al / Ti / TiN歐姆金屬方案，并將合金溫度降至565℃，歐姆接觸電阻可以降低到0.3Ω·mm，同時(shí)具有優(yōu)異的再現(xiàn)性和均勻性。特別是對(duì)p型GaN層向AlGaN勢(shì)壘層的選擇性蝕刻，清洗步驟，鈍化電介質(zhì)的沉積和場(chǎng)板設(shè)計(jì)被優(yōu)化。對(duì)于優(yōu)化的器件，閾值電壓高達(dá)2.1 V，柵極寬度為36 mm，器件展現(xiàn)了8 A的輸出電流和13Ω·mm的開啟電阻Ron。此外，在25℃至150℃的溫度范圍內(nèi)，直至650 V時(shí)器件的動(dòng)態(tài)開啟電阻Ron色散都低于20％（10μs開，90μs關(guān)）。 imec工作是世界首創(chuàng)的在200 mm Si襯底上制造的最先進(jìn)的增強(qiáng)型GaN 650 V功率器件。

 

　　上述的imec基線工藝將由Innoscience在imec的支持下準(zhǔn)備生產(chǎn)。 Innoscience致力于挑戰(zhàn)200mm晶圓尺寸上的200 V和650 V GaN-on-Si器件的批量化生產(chǎn)。這包括在外延生長(zhǎng)和器件制造期間的晶片翹曲和晶片斷裂的控制。外延工藝要求可重復(fù)性和高均勻性。污染物和顆粒的控制也是改善產(chǎn)品產(chǎn)量所必需的。

 

　　在優(yōu)化均勻性，重復(fù)性，產(chǎn)量和可靠性后，將在珠海中國科學(xué)院設(shè)立生產(chǎn)成熟的650 V GaN電源技術(shù)。（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，如有出入敬請(qǐng)諒解！）