解密华虹宏力硅半导体产品和氮化镓产品混合生产的专利

【嘉德点评】华虹宏力提供一种硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，该方法不仅可以降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。

集微网消息，现如今是人工智能、无人驾驶汽车、5G等高新技术的发展浪潮，在汽车电子、5G基站和智能芯片的推动下，第三代半导体材料（尤其是碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)）的发展异常迅猛。

氮化镓产品作为第三代半导体中的代表材料具有宽带隙、高临界电场、高电子迁移率和电子饱和速度等特点，高耐压和高频是GaN器件的主要优点并在功率和射频等器件中优势相当明显。

近日，随着GaN外延(EPI)成长技术的进步，8寸硅基GaN器件正在飞速发展，由于其成本上的优势，在不久的将来将加速取代功率和射频领域的相关器件。在现有8英寸生产线即硅半导体产品的生产线上实现GaN产品的共存可以进一步降低成本，并且GaN器件本身也有和CMOS器件实现集成的需要。

为此，华虹宏力申请了一项名为“硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法”的发明专利（申请号：201910418758.X），申请人为上海华虹宏力半导体制造有限公司。

图1 混合生产方法流程图

图1是该发明专利中提出的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法的流程图，正如上图所示，此混合生产的方法有以下步骤：

步骤一 提供生产线及原材料

首先我们要提供生产线以及原材料，由于是混合生产方法，所以我们是在硅半导体产品的生产线设备上增加氮化镓产品专用生产设备（包括MOCVD 设备）来组成混合生产线。而生产中需要的硅半导体产品，以及氮化镓产品均采用由单晶硅组成的晶圆101作为衬底结构，也即所述氮化镓产品为硅基氮化镓产品。

步骤二 混合生产

图2 氮化镓产品的器件结构图

根据步骤一可知，我们要提供氮化镓产品所需的晶圆101，将其作为衬底（如上图2所示）。通过氮化镓产品的专用生产设备在晶圆101的单晶硅表面形成具有镓含量的外延层（由多层构成）。

其中氮化镓外延层102的多层结构包括缓冲层和沟道层，在采用MOCVD设备进行所述氮化镓外延层102的外延生产过程中，选用三甲基镓作为镓源，氨气作为氮源。在生产过程中还采用由氢气和氮气的混合气体组成的载气。

具有镓含量的外延层还包括氮化铝镓外延层103，该层形成在沟道层表面，可以作为势垒层(Barrier Layer)。

在完成所有具有镓含量的外延层后，在晶圆101背面形成镓扩散隔离层104（比如氮化硅等），可以防止晶圆101的背面区域中的镓向外扩散。在形成镓扩散隔离层104的过程中，我们首先要对晶圆101的背面采用冲洗或刷洗的方法进行清洗。之后会在晶圆101的正面和背面同时形成氮化硅层，背面的氮化硅层用标记104表示，正面的氮化硅层用标记104a表示。

在完成步骤23之后，共用硅半导体产品生产线的设备完成后续的氮化镓产品的生产。后续工艺包括形成氮化镓产品的栅极105，源极106和漏极107的步骤，其中氮化硅层104a作为钝化层。而硅半导体产品直接采用硅半导体产品的生产线的设备进行生产。

华虹宏力提供一种硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，该方法不仅可以降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。虽然全球半导体产业是欧美等国家领先，但国内企业后来居上，其实力不容小觑。