아시아 지역 기업으로부터 n⁺-GaN regrowth 공정주문을 받았습니다.

이번에 고객이 제공해준 패턴 웨이퍼는 6인치 GaN HEMT on Si입니다. RF GaN HEMT on Si 기술은 차세대 모바일 통신 응용과 관련해 시장의 관심이 매우 높은 분야입니다. 특히 모바일 디바이스 응용을 위해서는 기본적으로 가격 경쟁력이 있어야 하기 때문에 GaN HEMT on Si 기술을 이용해 6인치-8인치-12인치 대구경화 로드맵을 통해 경제성을 확보하는 것이 필수입니다. 또한 차세대 모바일 통신의 주파수 대역이 FR3(7~24GHz) 대역과 위성통신(1~2GHz) 대역을 통합하여 사용하는 것이 핵심이기 때문에 GaN HEMT on Si 기술로 퍼포먼스와 효율을 높이는 것이 중요합니다.

아이브이웍스의 n⁺-GaN regrowth 공정 서비스는 6인치 GaN HEMT on Si 뿐만 아니라 8인치 12인치까지 모두 대응이 가능하고 GaN on SiC, GaN on GaN, GaN on Sapphire 모두 n⁺-GaN regrowth가 가능합니다. 아이브이웍스는 n⁺-GaN를 700도 수준으로 낮은 온도에서 Source/Drain 영역에만 selective area growth하여 ohmic metal RTA 없이 non-annealed ohmic contact이 가능하고 contact resistivity를 0.1 ohm-mm 이하로 쉽게 낮출 수 있는 당사만의 special epitaxy 서비스입니다. n⁺-GaN regrowth와 pGaN regrowth 등 다양한 구조의 GaN 에피웨이퍼 서비스를 https://www.domm.ai/epidesign 에서 실시간으로 디자인하고 바로 견적을 조회할 수 있습니다.

아이브이웍스에서는 고객에게 패턴 웨이퍼를 받으면 가장 먼저 SEM 측정을 이용해 selective regrowth 될 Source/Drain 영역의 etching 표면을 확인합니다.

이번에 공정의뢰 받은 패턴 웨이퍼는 mask 영역을 SiO₂로 패터닝 하였습니다. SiO₂와 SiN 모두 IVWorks의 selective area regrowth에 최적의 mask 물질이라 regrowth 후 mask 영역에는 아무것도 성장되지 않고 오직 Source/Drain 영역에만 n⁺-GaN이 성장됩니다.

이번 고객의 패턴 웨이퍼는 양산 기업 고객답게 Source/Drain 영역의 etching 표면이 상당히 깨끗합니다. 앞선 게시글에서 언급했듯이 Etching 공정은 고객들마다 다양하기 때문에 etching 표면상태가 조금씩 다를 수 있습니다. 특히 양산 기업들 보다는 연구소나 대학 실험실 고객들의 etching 표면 특성들이 균일하지 않고 러프한 경우가 많습니다. 그래서 아이브이웍스는 etching 표면 영향을 최소화하기 위해 regrowth 초기에 리커버리가 최대한 될 수 있는 초기 성장 조건을 적용합니다. 아이브이웍스의 경험으로는 etching 표면에 mask 물질(SiO₂ or SiN)이 남아있는 경우를 제외하고 대부분 리커버리가 가능합니다. 때문에 etching 조건에 대해 부담없이 n⁺-GaN regrowth 공정 적용을 시도해보시길 바랍니다.

아이브이웍스에서는 고객 웨이퍼에 n⁺-GaN regrowth를 하기 전에 n-doping 조건을 확인하기 위한 n-GaN Test 웨이퍼를 고객이 제공한 웨이퍼와 동일한 물질, 동일한 구경의 웨이퍼를 이용해 n⁺-GaN regrowth에 적용할 동일한 성장조건에서 성장해 결과를 확인한 후 고객 웨이퍼를 성장하기 때문에 공정의 정확도가 매우 높습니다.

이번 고객이 제공한 패턴 웨이퍼와 동일하게 6인치 Si(111) 웨이퍼를 사용해 n-GaN test 구조를 성장했습니다.

Si 웨이퍼에 GaN을 성장하는 것은 다른 웨이퍼(SiC, Sapphire, GaN 등) 위에 성장하는 것보다 매우 까다롭습니다. Si 웨이퍼와 III-N 박막 사이의 격자상수차이와 결정구조 차이를 극복해야 하고 열팽창 특성과 박막 스트레스를 정교하게 매니징 하면서도 버퍼구조의 절연특성도 유지해야 합니다. 그리고 Si 웨이퍼에 Gallium이 접촉되면 melt-back etching 현상이 발생하기 때문에 Si 웨이퍼가 Gallium에 노출되지 않도록 시스템을 운영해야 합니다.

아이브이웍스는 독창적인 특허기술 InAlN/AlN 초격자 버퍼 기술을 이용해 GaN on Si epitaxy 플랫폼을 서비스하고 있습니다. InAlN/AlN 초격자 버퍼는 초격자 밴드갭 에너지를 높게 유지해 절연특성을 높이면서 InAlN와 AlN의 격자상수차이를 이용해 박막의 스트레스를 정교하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해서 RF GaN HEMT on Si 및 DC Power GaN HEMT on Si 에피웨이퍼 구조에 다양하게 적용할 수 있습니다. n-GaN test 구조를 성장한 결과 정확한 growth rate과 n-type doping 특성이 확인되었습니다. n-doping 1.24e20 cm^-3으로 충분한 도핑이 확인되어 이 조건 그대로 고객의 패턴 웨이퍼에 성장을 진행합니다.

당사에서는 자체 개발한 Hybrid-MBE를 이용해 n⁺-GaN을 성장합니다. 현재 4세대 Hybrid-MBE까지 개발되어 2인치, 4인치, 6인치, 8인치, 12인치 구경까지 n⁺-GaN regrowth를 대응할 수 있습니다. (Hybrid-MBE에 대한 소개는 4″ GaN HEMT with n⁺-GaN S/D Selective Regrowth for Asian University를 참조해주세요)

아이브이웍스의 Hybrid-MBE는 자체 개발한 인공지능 에이전트 시스템 Domm-ai Level 4 (Automation-Monitoring-Real time Pass/Fail Prediction & Alerting) 단계가 적용되어 자율생산으로 진행됩니다.

오퍼레이터가 없는 상황에서 연속적인 생산이 이루어질 수 있도록 웨이퍼의 Loading-Growing-Unloading 과정은 머신러닝으로 학습된 MBE Run Automation (MRA) 기능이 적용되어 있고 에피웨이퍼 성장 전 과정에서 결정 성장 표면의 전자회절패턴을 실시간으로 분석해 Pass/Fail 예측모델로 품질을 스코어링 합니다. 품질 예측의 양품 스코어가 떨어지거나 Hybrid-MBE의 진공도, 소스셀 온도, 매니퓰레이터 온도 및 각종 센싱 데이터의 이상 동작이 예측되면 엔지니어에게 instant notification을 수행하고 피드백 되도록 조치합니다.

이번 n⁺-GaN regrowth는 SiO₂ mask로 패터닝 되어있기 때문에 전자회절패턴이 약하게 보이지만 Domm-ai 가 실시간 분석하는데는 충분한 전자회절패턴을 보여줍니다. 전체 성장 과정에 대해 전자회절패턴의 세기(intensity)와 성장모드(PDM)의 변화 그리고 Strain의 변화를 실시간 분석하고 품질을 예측하여 최종적으로 0.87 이라는 높은 스코어를 보여줬습니다. Dommai의 예측 결과만으로도 n⁺-GaN의 selective area growth가 성공적으로 완료되었고 n⁺-GaN이 2D-mode로 성장되었다는 것을 알 수 있습니다.

아이브이웍스는 자체개발한 Hybrid-MBE 기술을 이용해 Source/Drain 영역에만 완벽하게 n⁺-GaN을 selective area growth 할 수 있고 Domm-ai 시스템을 통해 생산성을 극대화 하고 있습니다.

고객이 요청한 n⁺-GaN regrowth를 IVWorks의 Hybrid-MBE와 regrowth 기술로 완벽하게 완료하였습니다. Mask 영역에는 아무것도 성장이 안되는 selective area growth가 완벽하게 구현되었고 Source/Drain 영역에만 성장된 n⁺-GaN은 80nm 두께에 맞춰 2D-mode 성장이 되어 2DEG side-wall과 epitaxial contact 되도록 성장이 완료되었습니다.

SiO₂ mask와 etched 영역의 계면에 형성된 미세한 Step에도 n⁺-GaN이 정상적으로 덮여 성장되었습니다.

6인치 전면에 균일하게 n⁺-GaN regrowth가 되었는지 6인치 웨이퍼의 여러 부분을 위치별로 정밀 측정한 후 고객에게 납품하기 위해 포장을 준비합니다.

6인치 GaN HEMT on Si의 Source/Drain 영역에 n⁺-GaN을 selective regrowth 완료한 웨이퍼를 진공 포장한 후에 고객에게 발송 완료했습니다. IVWorks의 n⁺-GaN regrowth는 2인치 웨이퍼부터 12인치 웨이퍼까지 GaN HEMT on Si, SiC, Sapphire, GaN 모두 대응이 가능합니다.

문의 │아이브이웍스 홈페이지 QNA 또는 www.domm.ai/contact