微纳加工技术赋能GaN发挥更大潜力

2022年10月19日，由牛津仪器主办、ACT雅时国际商讯承办、官方媒体《 》杂志社协办的“发挥GaN的巨大潜力——微纳加工技术刻不容缓”线上主题论坛成功举行，吸引了近千名观众报名参会，近700名听众与行业专家云端共话微纳加工技术，助力氮化镓功率器件应用场景不断拓展。

 

▲现场截图

 

近几年，氮化镓（GaN）功率器件在消费电子快充（充电器、适配器）领域快速应用，小试牛刀之后，又开始进军数据中心、激光雷达、无线充电及光伏领域，如同“黎明前的星辰”，正在点亮氮化镓的市场化之路。

 

细数一下，一些氮化镓头部企业动作频频，GaN Systems与宝马汽车签订数亿元合同；Navitas收购 知名公司GeneSiC，开启了氮化镓加速“上车”之路。不过，氮化镓的市场价值从量变到质变的“拐点”到来还面临着诸多技术挑战，如可靠性、新拓扑结构、封装、IC集成及产业生态和供应链成本等，还需要整个产业上下游共同努力。

 

技术层面，刻蚀技术是氮化镓功率器件微纳加工制备中的关键工艺，其中凹槽栅结构是目前实现增强型氮化镓HEMT或提高耗尽型器件功率增益的常用方法，但是等离子体刻蚀容易对栅下势垒材料和沟道造成损伤，从而引起器件工作频率、功率转换效率、可靠性等性能退化。对于高频小尺寸器件发展所需的强极化异质结构，等离子体刻蚀高铝组分势垒层材料带来的表面损伤和沟道载流子输运特性退化现象则更为突出，制约了高频增强型氮化镓器件的发展；另外，未来p型和n型材料的“超结”结构也需要通过高深宽比刻蚀技术来实现。

 

本次论坛的嘉宾和演讲议题如下

 

 

利用传统刻蚀设备实现原子层刻蚀工艺探索

 

祝杰杰教授的报告包括四个方面的内容：氮化镓研究背景及其微纳刻蚀工艺、AIGaN/GaN原子层刻蚀及表面修复技术、GaN/AIGaN自终止刻蚀技术（选择性刻蚀），以及微纳加工在高性能射频器件中的典型应用。

 

▲现场截图

 

他表示，氮化镓是一种物理与化学性质非常稳定的化学材料，刻蚀后表面容易存在反应副产物残留或表面缺陷，影响器件的输出电流、表面漏电、击穿等性能。针对射频与功率器件应用需求，西安电子科技大学针对基于ICP、氧化、化学清洗等方法，开展了氮化镓半导体的原子层刻蚀、选择性刻蚀、表面修复等技术研究，攻克了低损伤刻蚀及表面修复的技术难点，在器件制备中应用相关方法实现了高性能的射频和功率器件。

 

他重点介绍了利用通用ICP刻蚀设备实现InAIN/GaN或AIGaN/GaN原子层刻蚀的工艺探索，获得了接近原子层刻蚀的效果。通过控制循环周期，可以将刻蚀速率精确控制在0.3nm/Cycle，实现平整表面形貌和优良工艺的一致性；GaN/AIGaN刻蚀选择比高达29:1，实现了GaN自终止刻蚀。将低损伤刻蚀工艺应用于槽栅毫米波器件、二次外延低阻欧姆、HET器件基极制作、凹槽MOSHEMT增强型功率和射频器件，可以实现优良的器件性能。

 

▲现场截图

 

MOCVD热处理修复实现高性能p-GaN栅增强型HEMT

 

孙钱研究员、博导介绍了硅基GaN增强型HEMT制备工艺及栅极可靠性研究成果。他指出，第三代半导体氮化镓具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和速度高等特点，特别适合制备中低压、高频、高温功率电子器件，在消费类电子快充、激光雷达、数据中心等电源管理系统中有广泛而重要的应用前景。

 

▲现场截图

 

他说，微加工硅基GaN增强型栅结构是实现氮化镓上述优异性能的核心制备工艺，有助于凹槽栅结构的可控制备和刻蚀损伤的修复，同时避免对栅极漏电和阈值电压漂移等方面的影响。针对刻蚀工艺引入的表面损伤等问题严重制约器件基本性能和可靠性的问题，通过优化刻蚀工艺、开发MOCVD热处理等新型表面修复技术，基于二次外延工艺使p-GaN栅增强型HEMT基本性能达到了国际一流水平。在应对P-GaN栅极可靠性受到能带结构、缺陷态等挑战方面，从内因、外因角度提出的p-GaN栅可靠性加固方法具有很好的应用潜力。

 

▲现场截图

 

原子级栅极蚀刻与沉积控制是下一代GaN功率器件关键

 

黄承扬博士分享了最新的原子层蚀刻（ALE）与原子层沉积(ALD)技术的发展，以及牛津仪器稳定可靠的量产可行方案。他表示，GaN功率器件爆炸性成长一年时间，GaN normally-on为主的充电模块开始普及。那么，下一代更低导通电阻、更低传导损耗的normally-off p-GaN HEMT或MISHEMT何时降临？

 

▲现场截图

 

他认为，原子等级栅极蚀刻与绝缘层薄膜沉积控制能力对制造下一代GaN功率器件是至关重要，而原子层沉积技术与原子层蚀刻技术的技术布局将是左右下一代GaN功率器件的关键环节。ALD可以提升绝缘层的击穿能力，并避免电性损伤；ALE则有助于稳定地刻蚀出栅极，并有效控制AlGaN的残留厚度。

 

他介绍说，牛津仪器针对GaN HEMT提出的原子等级ALE刻蚀技术具有低损伤、精确控制厚度且可重复蚀刻，同时提高器件可靠性的能力。牛津仪器针对复合式工艺条件提供多种解决方案，在新型MISHEMT上，使ALE达到了原子级的光滑程度，有助于实现残余厚度的控制，这对于normally-off组件是一个关键要素。另外，实时监控系统对于剩余AIGaN的精确蚀刻控制非常重要，有助于实现残留厚度控制，而精确且可重复的实时蚀刻深度监测已被证实了小于5nm AlGaN层深度控制的精度和可重复性。

 

他最后表示，牛津仪器的ALD/ALE为GaN-HEMT制造提供了经过生产验证的创新解决方案。公司将与GaN-HEMT合作伙伴一起解决下一代GaN器件制造的原子级关键挑战；通过低损伤、高质量的工艺技术最大限度地提高GaN器件性能和良率，降低CoO生产成本。

 

业务洽谈，商务合作

 

在演讲过程中，有不少听众在评论区留言想与三位讲师进行合作洽谈，可添加官方客服微信号，进一步洽谈。

 

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互动提问，集中解答

 

在互动问答环节，与会听众与上述嘉宾进行了深入的交流，问答内容将在下周汇总后在公众号内与粉丝们分享，希望对大家有所帮助，敬请期待！

 

▲现场截图

 

社群同频

 

砥砺奋进

 

幸运抽奖

 

论坛最后进行了幸运抽奖，一等奖是保温杯和小米手环；二等奖是华为充电宝和集线器；三等奖是小米音响。

 

恭喜幸运听众：刘*、廖**、杨*、张*、王*等...获得以上礼品，互动环节礼品是闪迪U盘和百乐水笔套装，工作人员已在快马加鞭邮寄啦，请注意查收快递哦~

 

▲现场截图

 

论文集、讲师资料领取

 

GaN技术论文集（电子书）已放置公众号内，对话框回复关键词“1019论文集”即可领取，请关注“ 联盟”公众号！讲师演讲资料正在积极确认中，后续将同步在社群、公众号内。