中微公司发明的应用于MOCVD领域在基片上生长缓冲层的方案，在缓冲层生长过程中，边缘区域多晶结构的缓冲层中出现的裂缝不会沿着晶格结构延伸到中区域单晶结构的缓冲层中，从而可以减少 MOCVD 外延裂纹产生，大幅提高半导体器件的生产效率。
01
裂纹产生机理
LED芯片以及功率器件等半导体器件的制造过程中广泛采用MOCVD工艺，用于形成LED器件的导体材料层通常由晶体的GaN构成，但是现有技术常用的基片材料通常是由晶体氧化铝(Al2O3)构成。两者之间的晶体结构相差巨大，晶格不匹配，外延生长过程会产生影响良率的异常。所以需要在基片上首先生长多层的缓冲层（通常是氮化铝AlN）才能最终生长生产LED所需要的GaN材料层。但是在缓冲层厚度逐渐增长过程中，缓冲层内会产生应力，AlN生长到一定厚度时就会产生裂纹。
如上，为检测仪器扫描基片上的AlN薄膜后显示出的裂纹示意图，每一条线条均代表一条裂纹，如此多的裂纹导致上方的半导体结构无法进行有效生长，光电参数差，导致大量基片上的加工面积上生成的器件报废。所以，为了改善LED器件生产质量和产量，中微半导体申请了一项名为“一种用于MOCVD的基片以及在基片上生长缓冲层的方法”的发明专利。
02
专利技术介绍
如下，为该专利中发明的基片表面结构示意图，基片10表面包括大面积的平滑区域用于生长AlN材料层，其中平滑区域的表面粗糙度小于1nm。同时在基片边缘区域包括粗糙区域 11，在粗糙区域中基片上表面的粗糙度使得该区域内无法有效的生长平滑的 AlN 晶体材料层，在粗糙区域中基片表面粗糙度远大于中心平滑区域，可以达到5nm以上。这样的粗糙度使得AlN材料层只能在粗糙区域生长出多晶结构的氮化铝材料层，无法形成单晶结构的缓冲层。边缘的粗糙区域中没有单晶结构的材料层，边缘区域即使存在少量裂纹也不会向中心的平滑区域扩散形成长条的裂纹带，只会在边缘区域内小面积内扩散。
利用这样的方案，在边缘的粗糙区域内虽然无法再利用来生长出上方的各种半导体器件结构，但是可以保证中心的平滑区域生产出高质量的器件，因此，仍然能取得远比现有技术更高的生产效率。
如下图所示，为该专利中展示的一种基片表面结构下，基片表面晶体生长过程，位于基片边缘区域的粗糙区域为上图所示的由基片10和固定在基片边缘上一个辅助环14制成。其中基片外周缘包括一个下凹的台阶13，辅助环就设置在台阶上表面上，辅助环的上表面粗糙度远大于基片中心上表面的粗糙度。
在基片和辅助环的组合被一起送入反应腔后，缓冲材料层(AlN)就会开始生长，直到缓冲层达到目标的厚度和晶体结构。这种方式虽然无法在后续的晶体生长过程中生长有效的半导体结构，但是能够在后续缓冲层生长过程中避免产生裂纹。
以上是中微半导体发明的应用于MOCVD领域在基片上生长缓冲层的方法，缓冲层生长过程中，边缘区域多晶结构的缓冲层中出现的裂缝不会沿着晶格结构延伸到中区域单晶结构的缓冲层中，从而可以大幅提高半导体器件的生产效率。
03
应用机台介绍
2021年随着规模效应和良率提升带来的成本下降，上下游持续推进MiniLED产业化应用，MiniLED进入商业发展快车道。中微也抓住MiniLED市场机遇，于2021年6月正式发布用于高性能Mini LED量产的MOCVD设备Prismo UniMax®。该设备专为高产量而设计，具备高波长均匀性、高良率等优点，此外，该设备可同时加工164片4 英寸或72片6英寸外延片，具有行业先进性。Prismo UniMax® 设备拓展了公司的MOCVD设备产品线，为全球LED芯片制造商提供极具竞争力的 Mini LED 量产解决方案。公司也正在开发针对Micro LED应用的专用 MOCVD 设备。截至2021年年底，公司PrismoUnimax订单已经超过 100 腔，2022 年 3 月公司收到兆驰股份 52 腔采购订单。中微公司董长尹志尧透露，目前PrismoUniMax®MOCVD设备订单已超180腔。已进入各大光电龙头公司。
中微公司 Prismo HiT3 MOCVD（深紫外）
同时，中微公司还研发出专用于高温深紫外MOCVD设备。此次推出的Prismo HiT3™是中微Prismo系列MOCVD设备的最新产品。该设备是适用于高质量氮化铝和高铝组分材料生长的关键设备，反应腔最高温度可达1400度，具有优异的工艺重复性、均匀性和低缺陷率。该设备同时也为高产量而设计，单炉可生长18片2英寸外延晶片，并可延伸到生长4英寸晶片。Prismo HiT3™ MOCVD设备早期的客户包括国内领先的深紫外LED制造商马鞍山杰生半导体有限公司，该公司的深紫外LED在家用、医疗和科研设备等领域有广泛应用。当前，国内知名光电企业已采购了中微Prismo HiT3作为批量生产设备，去年至今机台订单较多，正陆续从南昌发给全国各地客户。
虽然中微公司起步较晚，但是随着中国半导体技术的飞速发展。相信国产半导体技术、MOCVD设备/技术必将完全超越国际大厂，在国际半导体领域占有一席之地，让我们一起见证未来。
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来源：芯显视
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