Imec和Qromis公司在200mm硅晶圆上制造P-GaN HEMT

近日，比利时微电子中心IMEC与无晶圆厂公司Qromis宣布，Qromis在IMEC的硅晶圆先导工艺线上，基于200mm热膨胀系数(CTE)匹配衬底开发出高性能增强型p-GaN功率器件。衬底由Qromis公司提供，其200mm QST衬底是公司专利产品。

　　研究背景

　　当前，硅基GaN技术已用于6英寸(150mm)商用GaN功率开关器件的标准制造平台。IMEC率先开发了8英寸(200mm)晶圆的硅基GaN技术，以及用于100V、200V和650V工作电压的增强型高电子迁移率器件(HEMT)和肖特基二极管功率器件，为实现更高量产规模铺平道路。

　　然而，对于超过650V的应用(例如电动汽车和可再生能源)，由于衬底热膨胀系数不匹配问题，使得很难在200mm晶圆上进一步在GaN/AlGaN外延层和硅衬底之间增加缓冲层厚度，使其难以满足器件更高击穿电压和低漏电水平需求。曾经一度认为可以通过较厚的硅衬底来满足900V和1200V应用的晶圆弯曲问题，但实践证明，对于这些较高电压应用，衬底的机械强度是大批量制造所关心的问题，对于一些加工工具，越来越厚的晶圆会产生兼容性问题。

　　膨胀系数匹配问题解决方法

　　Qromis公司采用热膨胀系数与GaN/AlGaN外延层热膨胀非常接近的精心设计的200mm CMOS晶圆制作QST衬底，该衬底有望用于900V-1200V器件的缓冲层。QST衬底为实现非常厚的GaN缓冲层提供了路径，包括通过大于100微米厚的快速生长外延层实现自立式和非常低的位错密度GaN衬底。这些特性使得商用垂直GaN功率开关和整流器适用于高电压和高电流应用领域，而目前这些领域主要由Si IGBT、SiC功率场效应晶体管和SiC二极管主导。

　　此次技术转移成功的重点在于精心选择衬底核心材料以及晶圆光阻层的开发。

　　合作分工

　　在这次合作中，Imec和Qromis在200mm QST衬底上开发了增强型p-GaN功率器件特定的GaN外延层，德国Aixtrons公司则提供了G5 + C 200mm大批量制造MOCVD系统，用于缓冲层生长。

　　随后，Imec在其硅先导工艺线上，将p-GaN增强型功率器件技术移植到200mm QST®衬底上GaN，并实现了阈值电压为2.8V的高性能功率器件。

　　QST公司总裁兼首席执行官Cem Basceri表示：“QST正在为200mm和300mm平台的GaN技术和业务带来革命性的变化，非常高兴通过Qromis、Imec和AIXTRON的尖端技术成功演示了高性能GaN功率器件。”

　　Imec公司GaN功率技术项目主管Stefaan Decoutere表示：“在Qromis、Imec和AIXTRON的共同努力下，通过使用AIXTRON公司的AIX G5 + C系统，我们将厚的硅基GaN衬底技术无缝移植到标准厚度QST衬底上GaN。”

　　资金来源

　　IMEC的研究资金来源于欧洲电子元件与系统领先计划(ECSEL)的资助。