《產業分析》機台及製程 左右氮化鎵磊晶優劣

【時報記者張漢綺台北報導】在磊晶製程方面，氮化鎵在矽晶圓(GaN-on-Si)及氮化鎵在碳化矽(GaN-on-SiC)皆屬異質接面磊晶技術，有異於GaAs半導體，磊晶大致上為同質接面磊晶，異質磊晶需克服不同材質之間的晶格匹配問題，磊晶層和基板間因熱膨脹係數不同導致的應力問題，GaN-on-SiC比GaN-on-Si容易是因為GaN-on-SiC晶格不匹配(lattice mismatch)的程度較GaN- on-Si小，這也是GaN-on-Si的成品率普遍約在50%到60%左右，且多應用於電力電源產品的原因之一。 晶成半導體表示，跨入氮化鎵製程當然需要具備氮化鎵相關的材料知識，一整套高階半導體的製程經驗，掌握磊晶技術至為關鍵，且化學清洗技術、光阻形貌控制技術與介電質披覆技術等數十項製程關鍵技術亦會影響元件效能。 再者，採用何種機台製程生產磊晶也各有難度，目前氮化鎵生產磊晶製程有MOVCD和MBE兩種主要技術，其中MOCVD是將磊晶材料氣化後沈積在基板上，好處是磊晶成長速度快，成本低，壞處是磊晶生長品質控制不易；MBE是將磊晶材料以分子束形式”寫”在基板上，好處是磊晶以單分子種在基板上，品質控制精準，壞處是磊晶生長速度慢，成本高昂。 據了解，海外大廠如：IQE等皆已使用MOCVD量產GaN磊晶，且良率不低，晶成半導體延續晶電採用MOCVD機台製程，至於IET-KY則是以MBE技術進入GaN磊晶市場，晶成半導體及IET-KY(4971)未來發展有待觀察。 在磊晶製程完成後，還要有完整的GaN device library，讓Design house能有一個設計的遵循，環宇-KY表示，Library是靠經年累月和客戶一起驗證，確認每個元件是正確的而來，想要做好氮化鎵產品，最重要的是有沒有客戶願意在早期就和你一起做這個基本功，沒有好的磊晶，怎麼知道是製程的問題，沒有好的製程，怎麼知道是設計出問題，如果磊晶、製程及設計這3個都不能確定下來，做出來的東西有問題要去解決就難了，這是一環卡一環。 穩懋(3105)總經理陳國樺表示，由於磊晶結構與原理完成不同，砷化鎵廠進入氮化鎵製程需要對氮化鎵磊晶重新學習，如前所述，有特別的歐姆接觸製程和閘極和場板製程，這些都與一般砷化鎵製程差異很大，須具備晶圓磨薄和後端開孔製程能力，要如何可以蝕刻SiC與GaN是重點，因為這二個材料的硬度很高，最後連帶晶片切割製程都是很大的難關，這都與傳統矽與砷化鎵晶圓製程與處理不同。 環宇-KY(4991)表示，對於一家要進入GaN生產的GaAs公司，它需要開發一些獨特的工藝，例如：與寬帶隙半導體的歐姆接觸、GaN表面的鈍化、在柵極區域進行鈍化的乾燥蝕刻而不產生缺陷，通過SiC蝕刻背面過孔等，最困難是開發具有高RF功率性能和高可靠性的GaN HEMT元件，以進行高壓操作，這些都需要長時間經驗的累積。