宽禁带半导体供应商瞄准300mm晶圆

随着 WBG 半导体（GaN 和 SiC）不断发展和发展，对这些器件的生产和制造的需求也在不断增长。

随着宽禁带 （WBG） 半导体（氮化镓 （GaN） 和碳化硅 （SiC））的不断发展和进化，这些器件的生产和制造需求也在不断增长。随着电动汽车 （EV）、可再生能源、人工智能 （AI） 数据中心和其他工业和农业设备等应用的扩展，对这些设备的需求正在迅速增长。

因此，该行业的主要供应商正在慢慢过渡到更大直径的基板。几年前，制造商开始从 150 毫米（6 英寸）过渡到 200 毫米（8 英寸）晶圆厂，而今天他们正准备使用 300 毫米（12 英寸）生产线提高产能。

继在马来西亚居林开设全球最大、最具竞争力的 200 毫米 SiC 功率半导体晶圆厂后，英飞凌科技股份公司宣布开发全球首款 300 毫米功率氮化镓晶圆技术。英飞凌声称自己是世界上第一家在现有且可扩展的大批量制造环境中掌握这项突破性技术的公司。

这一突破将有助于大幅推动基于 GaN 的功率半导体市场。据英飞凌称，与 200 毫米晶圆相比，300 毫米晶圆上的芯片生产在技术上更先进，效率也更高。制造商表示，更大的晶圆直径每个晶圆可容纳 2.3 倍的芯片。

英飞凌在一份新闻稿中表示，在其位于奥地利菲拉赫的功率工厂现有的 300 毫米硅 （Si） 生产中，它已经成功地在一条集成试验线上制造了 300 毫米氮化镓晶圆（图 1）。

该公司在现有的 300 毫米 Si 和 200 毫米 GaN 晶圆生产中使用成熟的工艺，并相应地计划进一步扩大 GaN 产能，使 GaN 能够在 RDS（on） 级别实现与硅相同的成本。这进一步推动了 GaN 功率 IC 和器件在广泛应用中的采用，使 GaN 市场到本十年末达到数十亿美元。

图 1：Infineon 的 300 mm GaN 晶圆（来源：Infineon Technologies）

“我们从中压 （MV） 开始，并将在 2025 年第四季度之前通过第一批客户样品在两个电压方向上扩展。与 200 毫米技术相比，在更大直径上制造每片晶圆适合的芯片数量为 2.3 倍，因此在完全扩展时具有更好的成本效益。截至目前，我们在菲拉赫现有的 300 毫米 Si 生产中的集成试验线上加工 300 毫米 GaN 晶圆。我们在菲拉赫（奥地利）和德国德累斯顿的 300 毫米生产线上具有灵活性，因为制造可以很容易地在工厂之间转移。凭借这种 300 毫米 GaN 功率晶圆制造，英飞凌引领了 GaN 技术，并将进一步推动晶圆直径的进一步发展，“英飞凌科技公司 GaN 业务线负责人 Johannes Schoiswohl 断言。

更多 GaN 供应商关注 300 mm 生产

与此同时，TI 已开始在日本会津生产 200 毫米晶圆上的 GaN 器件，并且也正在过渡到 300 毫米硅基氮化镓晶圆。在去年年底的一份声明中，TI 表示，其扩展的 GaN 制造工艺完全可以转移到 300 毫米技术。同时，TI 增加的 GaN 制造的性能优势也使该公司能够将其 GaN 器件扩展到更高的电压，从 900 V 开始，并随着时间的推移增加到更高的电压，从而进一步为机器人、可再生能源和服务器电源等应用提供电源效率和尺寸创新。

此外，美国商务部已向 TI 提供高达 16 亿美元的《芯片和科学法案》资金，以支持德克萨斯州和犹他州正在建设的三座新的 300 毫米半导体晶圆厂。

同样，在 2024 年中国台湾半导体展上，日本信越化学宣布开发用于 GaN 外延层生长的 300 毫米 Qromis 衬底技术 （QST）。Shin-Etsu 于 2019 年从总部位于美国加利福尼亚州的 Qromis 获得了该技术的许可。专有 QST 衬底中使用的芯材是陶瓷聚氮化铝 （poly-AlN），由多个封装层覆盖，其顶部是二氧化硅 （SiO2） 键合层和结晶硅层，用作 GaN 外延生长的成核层。

据制造商称，QST 衬底提供与 GaN 相似的热膨胀系数 （CTE），从而抑制翘曲和开裂。因此，能够在较大直径的晶圆上实现具有高击穿电压的厚 GaN 薄膜的晶体生长。然而，该公司拒绝就何时开始在 300 毫米 QST 衬底上生产 GaN 功率 IC 和器件发表任何评论。此外，它不会透露任何与之合作开发高压 GaN 器件的 GaN 制造商的名字。此外，信越发言人拒绝就该交易与 Qromis 的排他性发表评论。

更大的 SiC 直径

此外，为了提高产能以满足电动汽车、可再生能源、电动汽车和电气化交通的需求，Wolfspeed、Infineon、STMicroelectronics、Renesas Electronics 和 onsemi 等全球 SiC 公司正在转向更大的晶圆直径。目前，英飞凌正在执行从 150 毫米到 200 毫米碳化硅晶圆前端生产的过渡。

然而，英飞凌科技公司 SiC 副总裁 Peter Friedrichs 表示：“更大直径 SiC 的商用和生产准备还很遥远。英飞凌将密切关注 SiC 晶圆直径的进一步进展，并将不断推动创新，以满足大批量 SiC 生产的要求。目前，英飞凌在菲拉赫和德累斯顿拥有全面的 300 毫米硅生产线。

去年 4 月，瑞萨电子株式会社庆祝其位于日本山梨县会市甲府工厂的 300 毫米晶圆厂开业，该工厂专门用于功率半导体。除了硅功率器件外，该晶圆厂还有望生产 SiC 功率器件。虽然该晶圆厂计划在 2025 年开始量产 Si IGBT 和其他功率产品，但尚未公布具体的 SiC 功率器件。

图 2：中国 SICC 在德国慕尼黑 2024 年慕尼黑电子展上展开其 300 毫米 N 型 SiC 衬底（来源：SICC）

与此同时，在中国，SICC 已经具备了生产业界最大的 300 毫米（12 英寸）N 型 SiC 衬底的能力，最近在德国慕尼黑举行的 2024 年慕尼黑电子展上宣布了这一能力（图 2）。据 SICC 称，该公司目前正在进一步扩大其在上海的 200 毫米 SiC 晶圆制造能力。

该公司在一份新闻稿声明中表示，其 200 毫米导电 4H-SiC 单晶衬底实现了接近零的螺纹螺纹位错 （TSD） 和极低的基平面位错 （BPD） 密度，显著提高了 SiC 器件的制造良率，并满足最高的安全性和稳定性标准。

此外，该公司声称，通过精确控制晶体生长过程，它实现了“零微管密度 （MPD）”，确保了在各种工作条件下高频、高功率输出射频器件的一致晶圆质量和最佳性能。