當(dāng)傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體逐漸觸及物理極限，第三代半導(dǎo)體日益受到重視。碳化硅、氮化鎵等產(chǎn)品不僅在新能源汽車、5G通信以及光伏領(lǐng)域扮演關(guān)鍵角色，而且正推動(dòng)產(chǎn)業(yè)從材料到設(shè)備、制造等領(lǐng)域的改革，吸引各路廠商積極布局。近期，臺(tái)積電、X-FAB兩家公司傳出新進(jìn)展。
臺(tái)積電：計(jì)劃將12英寸單晶碳化硅應(yīng)用于散熱載板
近期媒體報(bào)道，臺(tái)積電正號召設(shè)備與化合物半導(dǎo)體相關(guān)廠商參與，計(jì)劃將12英寸單晶碳化硅應(yīng)用于散熱載板，取代傳統(tǒng)的氧化鋁、藍(lán)寶石基板或陶瓷基板。
圖片來源：臺(tái)積電
以往碳化硅主要應(yīng)用在功率半導(dǎo)體、車用及儲(chǔ)能領(lǐng)域，如今已進(jìn)入新發(fā)展階段，例如在AR智能眼鏡（AR Lens）鏡片及高端3D IC封裝中，需要碳化硅作為散熱材料，尤其是應(yīng)用在散熱載板這個(gè)部分。
其中，3D IC封裝的碳化硅應(yīng)用有兩個(gè)可能方向，首先是散熱載板，將以「導(dǎo)電型 SiC」優(yōu)先測試；下一階段則可能在硅中間層（Silicon Interposer）導(dǎo)入半絕緣型 SiC。
從材料特性來看，碳化硅的熱導(dǎo)率（K值）僅次于鉆石。陶瓷基板的熱導(dǎo)率約200~230W/mK，而碳化硅可達(dá)400W/mK、甚至接近500W/mK。 對數(shù)據(jù)中心與AI高運(yùn)算需求而言，比傳統(tǒng)陶瓷更能滿足散熱需求。 不過以散熱角度來說，鉆石仍是理想的最終材料，但要做到12英寸晶圓規(guī)格，目前成本過高且技術(shù)尚未成熟。
碳化硅主要分為導(dǎo)電型（N型）與半絕緣型。 N型呈現(xiàn)黃綠色半透明，而半絕緣型則接近全透明。業(yè)界透露，當(dāng)前6英寸SiC晶圓仍是主流、8英寸是未來擴(kuò)產(chǎn)方向，臺(tái)積電要求的12寸SiC若是作為中間層使用，對結(jié)構(gòu)瑕疵的要求不像傳統(tǒng)SiC那樣嚴(yán)格，但中間層的關(guān)鍵在于切割技術(shù)，如果切割技術(shù)不佳，碳化硅的表面會(huì)呈波浪狀，就無法用于先進(jìn)封裝。
X-FAB：推出GaN-on-Si代工服務(wù)
9月4日，X-FAB公司宣布，基于其XG035技術(shù)平臺(tái)推出針對dMode器件的硅基氮化鎵（GaN-on-Si）代工服務(wù)。此舉進(jìn)一步發(fā)揮和強(qiáng)化了X-FAB作為專業(yè)純晶圓代工企業(yè)的優(yōu)勢，現(xiàn)可提供涵蓋GaN及其它寬禁帶半導(dǎo)體材料（包括碳化硅（SiC））的全套加工技術(shù)，助力無晶圓廠半導(dǎo)體公司實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)落地。
X-FAB的GaN-on-Si技術(shù)由其位于德國德累斯頓的先進(jìn)8英寸晶圓廠提供。該廠是X-FAB在全球運(yùn)營的六大生產(chǎn)基地之一，擁有穩(wěn)定可靠、符合汽車行業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的制造環(huán)境，且配備各類專業(yè)加工設(shè)備、測量工具和技術(shù)，并針對GaN的研發(fā)與生產(chǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)兼顧模擬CMOS工藝，能夠提供滿足汽車、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)、可再生能源、醫(yī)療等領(lǐng)域客戶所需的較厚GaN-on-Si晶圓。
圖片來源：X-FAB
圖為X-FAB德累斯頓廠制造的8英寸 GaN-on-Si 晶圓
X-FAB多年來在高壓GaN技術(shù)領(lǐng)域積累深厚，近期發(fā)布開放XG035 dMode工藝平臺(tái)，隨后X-FAB將內(nèi)部專業(yè)能力延伸至dMode器件GaN-on-Si代工服務(wù)。該工藝包含常用于功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的dMode HEMT晶體管（電壓可擴(kuò)展范圍為100V至650V）。此外，X-FAB還可提供定制化GaN技術(shù)和產(chǎn)品，包括dMode、eMode HEMT，以及肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diodes），這些器件廣泛應(yīng)用于高頻整流、電源系統(tǒng)，和太陽能電池板等領(lǐng)域。
目前，X-FAB已推出可簡化客戶設(shè)計(jì)流程并實(shí)現(xiàn)更快速入門的PDK。此外，從2025年第四季度起，還將開放公共MPW服務(wù)，允許多個(gè)客戶共享單片硅晶圓進(jìn)行芯片制造。這些舉措將進(jìn)一步降低原型設(shè)計(jì)及小批量生產(chǎn)的準(zhǔn)入門檻。
（集邦化合物半導(dǎo)體 秦妍 整理）
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