LAST Power präsentiert Ergebnisse

Diese verhelfen Europa zu einem Platz an vorderster Front in der Erforschung und Kommerzialisierung energieeffizienter Bauelemente für Anwendungen im Industrie- und Automotive-Bereich, der Consumer-Elektronik, Systemen zur Umwandlung erneuerbarer Energien sowie Telekommunikations-Anwendungen. LAST POWER wurde im April 2010 vom European Nanoelectronics Initiative Advisory Council (ENIAC) Joint Undertaking (JU), einer öffentlich-privaten Partnerschaft im Bereich der Nanoelektronik, ins Leben gerufen. Das Programm verknüpft private Unternehmen, Universitäten und öffentliche Forschungszentren, die sich auf dem Gebiet der Halbleiter mit breiter Bandlücke (SiC und GaN) betätigen. Mitglieder des Konsortiums sind STMicroelectronics (Italien) als Projektkoordinator, LPE/ETC (Italien), das Institut für Mikroelektronik und Mikrosysteme des Nationalen Forschungsrats – IMM-CNR (Italien), die Foundation for Research & Technology-Hellas (FORTH) aus Griechenland, NOVASiC (Frankreich), das Consorzio Catania Ricerche - CCR (Italien), das Institute of High Pressure Physics - Unipress (Polen), die Università della Calabria (Italien), SiCrystal (Deutschland), SEPS Technologies (Schweden), SenSiC (Schweden), Acreo (Schweden) und die Aristotle University of Thessaloniki - AUTH (Griechenland). Die wichtigsten Ergebnisse bei den SiC-bezogenen Arbeiten basieren auf der von SiCrystal vorgenommenen Demonstration großflächiger 4H-SiC-Substrate mit einem Durchmesser von 150 mm und einem Cut-Off-Winkel von 2° zur Achse. Die Materialqualität hinsichtlich der Kristallstruktur und der Oberflächenrauheit ist mit der des standardmäßigen 100-mm-Materials mit 4° Cut-Off-Winkel vergleichbar, das am Beginn des Projekts zur Verfügung stand. Bei LPE/ETC wurden diese Substrate zum epitaktischen Züchten mäßig stark dotierter Epi-Schichten verwendet, die sich zur Herstellung von JBS-Dioden (Junction Barrier Schottky) und MOSFETs für 600 V bis 1.200 V eignen. Möglich war dies dank der Entwicklung eines neuartigen CVD-Reaktors (Chemical Vapor Deposition – dt. chemische Gasphasenabscheidung) zum Züchten auf großflächigen 4H-SiC-Wafern mit 150 mm Durchmesser. Die Qualität der Epitaxieschicht machte die Herstellung von JBS-Dioden in der industriellen Produktionslinie bei STMicroelectronics möglich. Dabei ergab die Charakterisierung der ersten Fertigungslose eine elektrische Leistungsfähigkeit, die auf dem Niveau des 4°-Materials nach dem aktuellen Stand der Technik lag. In diesem Kontext war der grundlegende technologische Arbeitsschritt der chemisch-mechanische Polierprozess (CMP) – der von NOVASiC implementierte Aufarbeitungs- und Planarisierungsprozess StepSIC. Dieser ist von grundlegender Bedeutung sowohl für die Vorbereitung der Substrate vor dem Züchten der Epitaxieschicht also auch für die im Subnanometer-Bereich erfolgende Kontrolle der Oberflächen-Rauheit der aktiven Schichten der Bauelemente. Im Rahmen des Projekts entwickelte das Unternehmen außerdem die Fähigkeit zum Züchten von Epitaxieschichten für MOSFETs und JFETs. Zusätzliche Forschungsarbeiten im Bereich der SiO2/SiC-Grenzschichten erfolgten in Kooperation mit ST und IMM-CNR. Ziel war es hierbei, die Kanalmobilität in 4H-SiC MOSFETs zu verbessern. Schließlich wurden in Zusammenarbeit mit Acreo und FORTH neue technologische Module für 4H-SiC JFETs und MOSFETs entwickelt. Dies geschah mit Unterstützung durch das CCR für die Untersuchung von Formmassen und ‚bleifreien‘ Die-Attach-Werkstoffen für zuverlässige Gehäuselösungen. Darüber hinaus erforschte das LAST POWER Projekt auch die Verwendung von GaN-basierten Bauelementen in Leistungselektronik-Anwendungen. Hier gelang insbesondere ST die erfolgreiche Entwicklung von AlGaN/GaN HEMTs Epitaxiestrukturen, die auf 150 mm Si-Substraten gezüchtet wurden. Dabei wurde ein Ziel von 3 µm Dicke und eine Durchbruchspannung von 200 V erreicht. LAST POWER arbeitete außerdem mit IMM-CNR, Unipress und ST an der Entwicklung der Technologieschritte für selbstsperrende AlGaN/GaN HEMTs mit einer ‚goldfreien‘ Technik. Die Prozessmodule sind uneingeschränkt kompatibel zum Ablauf der Bauelementefertigung auf der ST-Produktionslinie und werden für die HEMT-Fertigung entsprechend integriert. Die ertragreiche Zusammenarbeit zwischen den Projektpartnern, die sich dem Züchten von Schichten und der Bauelemente-Technologie widmeten, ermöglichte entscheidende Fortschritte in Richtung der monolithischen Integration von Bauelementen auf GaN- und SiC-Basis, da die Tauglichkeit beider Technologien auf 4H-SiC-Substraten mit 2° Cut-Off-Winkel erfolgreich nachgewiesen werden konnte.