04.19 半导体芯片制造工艺取得新突破 在非常热的表面上建造晶体

半导体芯片制造工艺取得新突破 在非常热的表面上建造晶体

使用感应加热的MOCVD反应器可以将衬底的温度升高到足以生长结晶氮化铝的程度

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家成功研制出能在极高温度下运行的化学反应器,它可以提高半导体行业工艺效率和经济性。

半导体芯片制造工艺取得新突破 在非常热的表面上建造晶体

外延成长示意图

半导体的生产依赖于“外延成长”(Epitaxial Growth),也就是半导体器件制造过程中,在原有芯片上长出新结晶以制成新半导体层的技术。这种工艺通过在原子层上逐层沉积原子来生成高质量的单晶材料,并以原子精度控制厚度。最常见的外延方法是金属有机化学气相沉积法(MOCVD)。金属有机化学气相沉积法将含有所需原子的有机分子的纯蒸气(例如在氮化硼的情况下为硼和氮)注入反应器中。分子在加热的晶片上分解,将半导体的原子留在表面上,这两者彼此结合,晶片结合形成结晶层。

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李晓航助教

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李光辉博士

阿卜杜拉国王科技大学博士李光辉(Kuang-Hui Li)和李晓航助教(Xiaohang Li)带领的研究小组正在开发一种MOCVD反应器,该反应器可以在极高的温度下有效运行,从而制造出高质量的氮化硼和氮化铝材料和器件,特别适用于柔性电子,紫外光电和功率电子产品。

高质量氮化硼和氮化铝的外延成长对于传统的MOCVD工艺来说是一个巨大的挑战,传统的MOCVD工艺通常在1200摄氏度以下工作。这些材料的外延对1600摄氏度以上的温度响应最佳;然而,最常见的耐热加热器在这些温度下会变得不可靠。

尽管感应加热器可以达到这些温度,但传统设计的加热效率很低。由于浪费的能量会使气体入口过热,因此必须将其远离晶圆放置,这对于高质量的氮化硼和氮化铝而言是有问题的,原因是由于颗粒的产生和有机分子的低利用率。

阿卜杜拉国王科技大学的研究团队开发了一种新的,低成本感应加热结构来解决这些问题。李光辉博士说:“我们的设计可以极大地提高12英寸晶圆的均匀性,并减少颗粒的产生,这对高品质材料和器件制造至关重要,它也使我们能够发现新材料。”

李晓航表示:“这种设备研究涉及很多学科,而且非常复杂,但历史的经验表明,设备创新是科学突破和工业革命的关键。”

李晓航助教在华中科技大学获得应用物理学士学位,在美国里海大学获得电子工程硕士学位,在美国佐治亚理工学院获得电子工程博士学位。目前任职阿卜杜拉国王科技大学计算机电子和数学学部的助理教授兼博导。

李光辉博士在中国台湾交通大学取得电子理学学士学位,中国台湾交通大学应用数学系理学学士,阿卜杜拉国王科技大学材料科学与工程理学硕士,目前在该校攻读博士生。


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