9月13-14日，“2021中國(guó)（南京）功率與射頻半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用峰會(huì)（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會(huì)由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學(xué)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導(dǎo)。

會(huì)上，蘇州晶湛半導(dǎo)體研發(fā)經(jīng)理向鵬博士帶來了“用于新型GaN功率器件的外延技術(shù)進(jìn)展”的主題報(bào)告。在演講中，晶湛半導(dǎo)體成功展示了一系列用于200V、650V和1200V功率半導(dǎo)體器件的高質(zhì)量300mm GaN-on-Si HEMT外延片，并且具有優(yōu)異的厚度均勻性和低晶圓翹曲，這為使用更復(fù)雜精密的300mm CMOS兼容工藝線進(jìn)行氮化鎵芯片制備鋪平了道路。 

 

大尺寸Si襯底上GaN外延技術(shù)的突破，將GaN的卓越特性和CMOS兼容加工線的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，使GaN-on-Si功率器件具有優(yōu)異的性能和可靠性。如今，基于GaN-on-Si HEMT技術(shù)平臺(tái)的商用GaN功率器件已獲得巨大的發(fā)展機(jī)遇，GaN功率器件正在加速進(jìn)入消費(fèi)電子、工業(yè)電子、數(shù)據(jù)中心、能源、汽車和交通等廣闊的功率芯片應(yīng)用領(lǐng)域，在進(jìn)一步降低芯片成本和進(jìn)行復(fù)雜電路設(shè)計(jì)和集成的驅(qū)動(dòng)下，更大的晶圓尺寸已經(jīng)成為行業(yè)的發(fā)展方向。

 

繼2014年成功推出商用200mm GaN-on-Si HV HEMT外延片后，晶湛半導(dǎo)體已成功將其AlGaN/GaN HEMT外延工藝轉(zhuǎn)移到300mm Si襯底上，同時(shí)保持了優(yōu)異的厚度均勻性和50?m以內(nèi)的低晶圓翹曲。垂直電壓擊穿測(cè)量表明，300mm尺寸的晶圓同樣適合于200V、650V和1200V功率器件應(yīng)用（圖1）。

 

 

圖1：晶湛半導(dǎo)體300mm GaN-on-Si HEMT外延片系列（200V，650V，1200V擊穿電壓應(yīng)用）厚度均勻性分布圖和垂直擊穿電壓分布圖（漏電流=1?A/mm2@ RT）

 

為解決GaN外延中的晶圓開裂/彎曲和高晶體缺陷等關(guān)鍵問題，晶湛半導(dǎo)體此次發(fā)布的300mm GaN-on-Si HEMT結(jié)構(gòu)外延片采用了如圖2（a）所示的外延結(jié)構(gòu)。外延生長(zhǎng)從AlN形核層開始，然后是應(yīng)力弛豫緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢(shì)壘層和GaN帽層。如圖2（b）所示，窄的XRD AlN（002）峰和良好的半高寬均勻性表明整個(gè)300mm晶圓的晶體質(zhì)量較高。

 

 

圖2：（a）晶湛半導(dǎo)體300mm GaN-on-Si HEMT外延結(jié)構(gòu)示意圖

 

(b)AlN成核層XRD(002) FWHM分布圖， Avg=743arcsec（Std=2%）

 

圖3展示了從晶圓中心到晶圓邊緣的9個(gè)位置處測(cè)得的AlGaN勢(shì)壘層中的鋁成分含量及2DEG載流子濃度。測(cè)量結(jié)果顯示AlGaN勢(shì)壘中鋁成分的平均值為19.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.68%（圖3a），表明300mm晶圓具有均勻的2DEG電學(xué)特性。CV測(cè)試同樣證實(shí)了這一點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果顯示平均電子濃度為7.2E12 cm^-2，標(biāo)準(zhǔn)偏差<2%（圖3b）。

 

 

圖3：晶湛半導(dǎo)體300mm AlGaN/GaN HEMT外延片中勢(shì)壘層Al組分含量分布和2DEG濃度分布

 

晶湛半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼CEO，程凱博士評(píng)論道：“基于我們優(yōu)化的AlN成核層技術(shù)，我們能夠在高達(dá)300mm的大尺寸硅襯底上生長(zhǎng)無裂紋的GaN HEMT外延片，并且滿足相應(yīng)的漏電流要求。盡管在300mm大晶圓尺寸下，外延工藝、應(yīng)力管理和缺陷控制方面都存在巨大挑戰(zhàn)，我們?nèi)栽贏lGaN/GaN HEMT外延片中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和電性能。這必將鼓勵(lì)大功率集成電路的發(fā)展，推動(dòng)片上系統(tǒng)（SoC）的集成并進(jìn)一步降低GaN功率器件的成本。
 

晶湛半導(dǎo)體已成為國(guó)內(nèi)首屈一指的氮化鎵外延片供應(yīng)商，并具備了一定的國(guó)際影響力和競(jìng)爭(zhēng)力。2014年底，晶湛半導(dǎo)體就率先在全球首次發(fā)布商用8英寸硅基氮化鎵外延片產(chǎn)品，經(jīng)有關(guān)下游客戶驗(yàn)證，該材料具備全球領(lǐng)先的技術(shù)指標(biāo)和卓越的性能，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)的空白。經(jīng)過多年的專注發(fā)展，晶湛半導(dǎo)體已經(jīng)與全球數(shù)百家知名半導(dǎo)體科技企業(yè)、高校科研院所客戶建立廣泛深入的合作，并多次與合作伙伴聯(lián)合在行業(yè)頂級(jí)期刊Nature Electronics，IEEE Electron Device Letters，及國(guó)際頂級(jí)會(huì)議IEDM等發(fā)布相關(guān)創(chuàng)新成果，引起國(guó)際半導(dǎo)體界的廣泛關(guān)注和一致好評(píng)。