Novel Crystal Technology成功開發出高品質第3代氧化鎵100mm磊晶晶圓

 

刊登日期:2022/4/12
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日本半導體企業Novel Crystal Technology發表與佐賀大學共同開發了一項相較於既有製品,致命缺陷減少至10分之1之第3代氧化鎵100 mm磊晶晶圓(Epitaxial Wafer)。

擁有比GaN、SiC更大能隙(Bandgap)的氧化鎵(β-Ga2O3)可望成為次世代功率半導體材料。目前Novell Crystal Technology已經開發出能夠形成100 mm之氧化鎵磊晶晶圓的成膜裝置,並展開了第二代氧化鎵100 mm磊晶晶圓的製造與銷售。但由於促使元件耐壓特性劣化的致命缺陷大約有10個/cm2,因此無法製作大型元件,電流值限制在10A左右。

此次則進一步調查致命缺陷的原因,著手展開晶圓高品質化的研究。結果顯示,造成致命缺陷的原因主要是在磊晶成膜過程中產生的特定粉末。研究團隊透過改善磊晶成膜條件,成功地將100 mm磊晶晶圓的致命缺陷降低至10分之1,減少到0.7個/cm2

研究團隊也實際進行了磊晶晶圓的膜厚分佈與施體濃度(Donor Concentration)的測量,確認膜厚分佈約為10 μm ± 5%、施體濃度則是1×1016 cm-3 ± 7%左右,達到應用於功率元件也不會造成問題的水準。另外試作了10×10 mm的肖特基二極體(SBD),並就其電氣特性與致命缺陷密度進行評估,在正向特性方面,電流從0.8 V左右開始流動並上升至一定程度,確認具有正常的正向特性。

此外,由於測量設備的上限,最大電流值僅調查到50A,但研究團隊表示最大可以流通300~500A。而在反向特性方面,確認即使施加約200V,漏電流仍可抑制在約10-7A左右。今後透過在元件上設置電極終端結構,推估可以實現600~1,200V的耐壓。

此項肖特基二極體試作品的反向特性良率為51%,根據此項數值與實證中使用的電極尺寸推算出致命缺陷密度約為0.7個/cm2。此項結果也意味著將可以80%左右的良率進行100A級氧化鎵功率元件的製造。

目前Novel Crystal Technology也已著手進行第3代氧化鎵100 mm磊晶晶圓產線的建置,希望儘早展開銷售,今後則計畫擴大施體濃度與膜厚指定範圍,並致力於致命缺陷的減少與大口徑化的研究開發。

另外,在新能源產業技術總合開發機構(NEDO)的推動事業方面,目前也已成功地進行了導入溝槽結構(Trench Structure)之耐壓1,200V、低功耗氧化鎵肖特基二極體的實證。今後計畫利用此次開發的晶圓,近一步推動1,200V耐壓溝槽型肖特基二極體的量產技術開發。


資料來源: https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220314-2293061/
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