科学家使用HVPE在6英寸晶圆上沉积氧化镓

作为NEDO “战略节能技术创新计划”的一部分，Novel Crystal Technology与大阳日酸和东京农业科技大学合作，首次采用卤化物气相外延(HVPE)法在6英寸测试晶圆上沉积了下一代半导体材料β-Ga₂O₃。

β-Ga₂O₃功率器件的广泛采用有望为工业机械、住宅光伏发电系统和下一代电动汽车中使用的逆变器带来节能效果。合作伙伴认为他们最近的成果将克服β-Ga₂O₃外延沉积成本高的问题，从而产生能够大规模生产大直径和外延晶片的外延沉积设备。

与SiC和GaN晶片不同，β-Ga₂O₃晶片可以通过熔融生长方法制造，该法中块状晶体生长迅速，并且容易获得大直径晶片。然而，虽然 HVPE 方法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造小直径（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方法所涉及的外延沉积成本。

Novel Crystal Technology与大阳日酸、东京农业科技大学一直在开发用于量产大直径β-Ga₂O₃晶圆的外延沉积设备。特别是在2019财年该计划的“孵化”研发阶段，他们开发了作为HVPE方法原料的金属氯化物的外部供应技术。合作伙伴搭建了6英寸单晶圆HVPE设备并对其进行评估，以在2020-2021财年的实际开发阶段建立量产的基础技术。（上图为合作伙伴开发的6英寸单晶圆HVPE设备）。

除了在 6 英寸测试晶片（蓝宝石衬底）上沉积 β-Ga₂O₃外，他们还实现了 ±10% 或更小的薄膜厚度分布。此外，他们证实通过优化外延沉积条件和使用独特的原材料喷嘴结构，可以实现均匀的外延沉积。他们相信这些成果将极大地推动大直径晶圆量产设备的发展。预计到2030年，β-Ga₂O₃外延沉积工艺和器件被大规模采用的节能效果将达到约210,000 kL/年。

大阳日酸、东京农业科技大学和Novel Crystal Technology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薄膜进行外延膜沉积。

目的是通过评估薄膜中存在的电气特性和缺陷，开发高质量的β-Ga₂O₃外延沉积技术，旨在2024年实现设备商业化。

通过HVPE法制造的β-Ga₂O₃外延片主要用于SBD和FET，预计到2030年市场规模将增长到590亿日元左右。通过使这种量产设备进入市场，普及β-Ga₂O₃功率器件，合作伙伴旨在为下一代电动汽车和其他电力应用提供节能服务。

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