英诺赛科豪赌8英寸硅基氮化镓

本文编译自eepower.com

英诺赛科希望通过制造 200mm (8英寸) GaN-on-Si （硅基氮化镓）晶圆并大规模扩展其加工能力，在氮化镓 (GaN) 行业掀起波澜。

GaN产业快速增长，但晶圆尺寸仍然很小

在 2021 年 5 月发布的行业分析报告中，Yole Développement 预测未来几年 GaN 市场将快速增长。具体来说，他们估计 2020 年至 2026 年 GaN-on-Si 的复合年增长率达到惊人的 86%。值得注意的是，分析表明“向6英寸的过渡”正在进行中，预计未来几年将加速。”

考虑到 1990 年代初期硅产业从 6 英寸（150 毫米）直径晶圆过渡到 8 英寸（200 毫米）直径晶圆，听到 GaN 产业将加速向 6 英寸过渡的消息听起来几乎是过时的。目前硅行业已经转向 12 英寸（300 毫米）晶圆以实现最高产量。

像 GaN 这样的宽带隙材料的制造远远落后于 Si。即使在今天，制造仍主要是使用较旧的生产设施在 4 英寸和 6 英寸晶圆上完成。这就产生了一个自相矛盾的问题。对 GaN 的需求一直很低，因为这些小晶圆成本很高，而且旧产线的产量通常较低。而且，在没有足够需求的情况下，也没有太多投资将 GaN 制造迁移到 8 英寸晶圆并帮助降低这些成本。

更大晶圆上的豪赌：8 英寸 GaN-on-Si

对于一家成立仅 6 年、距离首次量产不到 3 年的公司来说，英诺赛科正在大力投资氮化镓 (GaN) 行业。 EETech Media 的工程总监 Dale Wilson 最近与英诺赛科欧洲总经理 Denis Marcon 博士坐下来讨论了他们的 GaN e-HEMT 技术和未来计划。

2015 年 12 月，英诺赛科成立，其明确目标是制造GaN-on-Si 8英寸晶圆。他们押注于技术和市场。对于该技术，转向8英寸晶圆将提供明显优势，即每个晶圆的裸片数量比 6 英寸晶圆多近 2 倍。但是，正如Marcon在我们的讨论中所指出的，转向 8 英寸晶圆制造也使他们能够利用硅行业数十年来在晶圆加工技术方面取得的进步。

硅行业已经想出了如何在最大限度地减少工艺变化的同时最大限度地提高晶圆产量和产量。通过购买 ASML 等领先制造商的 200mm 设备，Innoscience 可以提高其产量和产量。当“市场对 GaN 仍然犹豫不决”时，他们都采用8英寸开始使用 GaN-on-Si。

今天，英诺赛科自称是世界上最大的 8 英寸集成器件制造商 (IDM)，专注于 GaN 技术。 Marcon 表示，英诺赛科目前拥有 1400 多名员工，其中 300 多人专注于研发。但是，可能由于总部位于中国苏州（上海附近）和公司年轻的原因，英诺赛科在 GaN 行业仍然相对不为人知。为了扩大其全球影响力，2022 年 1 月，他们宣布在比利时鲁汶和加利福尼亚州圣克拉拉增加设计和销售支持团队。

用于电力市场的增强常关型 GaN HEMT

大多数 GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 是耗尽型常开器件。这意味着，与更熟悉的硅晶体管不同，它们在栅源电压为 0 V 时传导电流。必须施加电压才能关闭器件。这在电路应用中通常不太理想。

英诺赛科正在制造增强型 (E-mode) HEMT。常关操作是通过在 AlGaN 势垒层上生长 p 型 p-GaN 层、使用金属栅极以及在 AlGaN 势垒上选择性凹陷 p-GaN 层来实现的。栅极金属与 p-GaN 层形成肖特基接触。

增强型 GaN HEMT 的横截面。图片由英诺赛科提供。

8英寸 GaN-on-Si 赌注的早期回报

英诺赛科报告称，他们目前拥有每月 10,000 片 8 英寸晶圆的制造能力，在两家晶圆厂之间平均：珠海 4,000 片，苏州 6,000 片。Marcon分享了其跨晶圆和晶圆间均匀性的示例数据。正如他们所希望的那样，使用更先进的晶圆加工工具可以改善工艺控制，最终意味着提高产量和降低成本。

漏源导通电阻（RDSon）跨晶圆变化的英诺赛科示例数据。图片由英诺赛科提供。

漏源导通电阻的晶圆间均匀性的示例数据。图片由英诺赛科提供

大型 GaN-on-Si 制造工厂的远大梦想

英诺赛科计划今年将其总产能再增加 40%。为实现这一目标，苏州晶圆厂的产能将增加到每月 10,000 片。而这仅仅是开始。他们计划在苏州进行额外扩建，到 2025 年将总产能提高到每月 70,000 片 8 英寸晶圆——意味着是其目前的制造能力的7倍。

英诺科技目前的苏州综合体（左）和计划蓝图效果图（右）

英诺赛科并不是唯一一家计划在未来几年大规模增加半导体制造的公司。但 Marcon 表示，他们已经签订了设备交付协议，即使在这些供应紧张的市场中，也可以实现这些雄心勃勃的目标。

我问 Marcon 他们是否继续经营较小的珠海工厂，因为与苏州工厂相比，珠海厂产能相形见绌。他回答说，英诺赛科计划让珠海继续运营，其业务主要集中在研发上。拥有第二个较小的晶圆厂将使他们能够更有效地进行工艺开发，而不会干扰大批量生产。

期待未来的回报

看看英诺赛科在 GaN 上的豪赌是否能得到回报将会很有趣。他们寄希望于在 30 至 650 V 电压下运行的电力电子设备的持续增长。应用包括数据中心、电动汽车 (EV)、便携式设备、移动电话和充电器。他们还将面临来自其他 GaN-on-Si 制造商和竞争技术的压力，包括 SiC甚至是传统硅。