牛津儀器提出新技術解決方案,以提高 GaN HEMT 性能

2030年,用於電力電子應用的GaN HEMT(氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體)預估將成為價值數十億美元的產業,且在快速市場的自動駕駛汽車和數據中心中成為關鍵技術。為了實現更高效率、更小、更輕且成本更低的功率半導體,英國牛津儀器公司(OXFORD INSTRUMENTS,O.I)提出了許多解決方案。SEMICON TAIWAN 2022功率暨光電半導體論壇,邀請到英國牛津儀器公司(OXFORD INSTRUMENTS,O.I)分享目前在化合物半導體的關鍵設備開發及市場趨勢,精采內容摘要如下:

化合物半導體業的關鍵幕後英雄
近幾年,化合物半導體逐漸受到工業界重視,從功率半導體到光電產品領域都屬於其應用範圍。而功率半導體應用範疇又以GaN及SiC這兩種材料最受矚目,主因在於這兩者具備了寬能隙的特質,能比矽基產品忍受更強的電場及電壓,因而能應用於高功率的環境中。

環顧整個功率元件的製造過程,除了良好的元件設計,更需要設備廠商開發出能大量穩定生產功率元件的設備,才能達到量產規模。

數十年經驗為化合物半導體生產打下關鍵基礎
O.I為化合物半導體的領導設備供應商,以提供客戶高科技產品及技術解決方案為主,包括原子級層次的產品製造、元件材料分析項目等先進科技技術,以及原子力顯微鏡(AFMs)、核磁共振儀器(NMRs)、奈米級分析設備、電漿蝕刻級沉積設備技術及掃瞄式光學顯微鏡。此外,O.I也提供了從分子到原子規模的影像分析儀器,讓研究人員準確觀測分子及原子的微觀現象。

由於O.I擁有超過37年的電漿製造技術經驗,以及超過3000台設備安裝在世界各地的IDM公司及代工廠中,可提供大量且穩定的製造產能,加上全球連結服務能及時提供當地所需的工程及零件支援,並承諾透過持續的性能、品質及成本的改善來服務客戶。而在目前的化合物半導體領域上,同樣也提供具備可大規模量產製造且達到原子等級的精確電漿蝕刻及薄膜沉積設備。

強化合作夥伴與技術實力,鞏固供應鏈位置
綜觀全球科技發展趨勢,可以發現化合物半導體將在虛擬實境感測器、5G通訊設備、消費型電子產品、物聯網、綠色能源及電動車領域扮演重要的角色。

憑藉自己的技術設備,O.I可以在高功率電子元件材料(GaN及SiC)、光電元件材料(GaAs、InP and GaN)及顯示照明設備材料(GaN & GaAs)的市場需求下提供完整的服務給客戶。此外,根據市場調查機構預測,至2030年,GaN在功率電子應用的營收貢獻將超過十億美元,年均複合成長率也會從2021年的1.26億元增至2027年的20億元,主要來自於GaN持續成長需求下的消費型電子產品、通訊產品、資料儲存設備及車用設備的貢獻。

在整個GaN的供應鏈上,O.I也不斷累積合作夥伴,以鞏固其在供應鏈上的關鍵角色,包括可提供高品質規格的GaN基板及磊晶層供應商,如中國晶湛半導體;製造技術發展夥伴,如台灣工業技術研究院;關鍵技術開發夥伴,如德國LayTec;以及最終的GaN元件製造廠商。在GaN尖端製造技術領域上,O.I也提供了如何製造「閘極掘入式增強型氮化鎵高電子移動率場效電晶體」(Normally Off recessed gate MISHEMT)的技術解決方案,主要是利用原子級製程技術,以期能更精準地製作出掘入式閘極結構,並具備低漏電流及高崩潰電壓的特性。

GaN元件製作的關鍵技術
當中的關鍵技術包括整合原子層蝕刻技術(atomic layer etch)、蝕刻深度監控系統(depth monitor system)的設備,能以更精準且低傷害方式控制蝕刻深度及氮化鋁鎵薄膜的厚度(+-0.5奈米精準度)製作出高規格的掘入式閘極結構。

另外,將原子層鍍膜技術應用在GaN元件製作上,主要是將沉積保護層在GaN元件上,O.I所提供的新一代ALD鍍膜設備相較於較前一代設備,不僅能改善約4倍的生產速率,在設備的擁有成本也能大幅調降,且沉積出來的薄膜厚度變化可以小於且等於+-1%的規格。

除了GaN的製造設備開發,O.I也開始設計應用電漿蝕刻以取代CMP研磨技術在SiC基板的製作設備。總體來說,O.I可以在GaN HEMT製作技術上,提供創新優化的解決方案;在下一代的原子級GaN元件製作上,也能與其製造夥伴共同解決技術上所面臨的挑戰。藉由業界領先的電漿製程技術的背景,製作出低傷害高品質的GaN元件,最終協助GaN元件製造商生改善產良率及速率,並降低製作成本。(洪嘉隆編譯)

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