台积电(TSMC)宣布退出氮化镓(GaN)代工业务的消息，震撼了整个半导体行业，同时也为英飞凌(Infineon Technologies)等集成设备制造商(IDM)创造了绝佳的市场机会。
近期，科技与行业媒体的焦点集中于GaN功率组件的制造方式与传统功率半导体有何差异，以及为何这类组件对代工服务的需求并不如预期强劲。业内观察人士也指出，中国GaN晶圆厂日益升高的价格竞争压力，是台积电选择退出该市场的主要原因之一。
为进一步理清这些问题，EDN近日专访了英飞凌高级副总裁兼GaN Systems业务线总经理Johannes Schoiswohl。我们首先探讨了GaN与主流硅工艺的差异。他表示：“基本上，它们并没有本质上的巨大差异，因为我们仍以硅晶圆为基础，并在其上生长GaN外延。”
英飞凌高级副总裁兼GaN Systems业务线总经理Johannes Schoiswohl说明GaN制造所需的工程技术。(来源：Infineon)
专用的外延设备负责在硅基板上生出GaN薄膜。“这正是主要差异所在，”Schoiswohl补充道，“当GaN外延生长完成后，接下来的制程与工具便与硅工艺相近了。”
迈向300mm GaN制造时代
尽管中国的英诺赛科自称是全球最大的8英寸GaN IDM，并拥有专属的硅基GaN制造设施，英飞凌则将重心放在300毫米GaN制程的长期布局。英飞凌预计在2025年底前推出首批300mm GaN样片，并于2026年启动量产。
这将使英飞凌成为首家在既有量产制造平台中，成功导入300mm GaN功率芯片技术的半导体制造商。Schoiswohl指出：“我们之所以能从6英寸快速升级至8英寸，接着又前进到300mm，正是因为我们能延用既有的硅工艺设备，这在资本支出方面来看，极具优势。”
相较于现有的200mm晶圆，300mm GaN晶圆在技术上更先进、制造效率更高。(来源：Infineon)
真正创新的是300mm的外延工具，Schoiswohl补充道：“要升级到300mm制程确实充满挑战，因为牵涉许多工程难题。”GaN层及其下的硅晶层拥有不同的晶体结构，这会造成很大的应力与晶格失配。此外，晶圆破裂的风险也显著上升。他强调：“300mm GaN制程将需要大量工程技术的投入。”
根据《Star Market Daily》报道，英诺赛科董事长骆薇薇也承认，12英寸(300mm) GaN晶圆的商业化仍面临诸多技术障碍。她特别指出，目前市场上仍缺乏能支持300mm GaN外延的金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备，而MOCVD正是GaN外延生长的核心设备。
针对300mm MOCVD工具的开发挑战，Schoiswohl坦言英飞凌目前仍处于早期阶段。“我们正与MOCVD设备供应商密切合作。”
重新定义的GaN制造模式
台积电退出GaN代工业务，也引发了行业对于代工模式在GaN领域中可行性的质疑。根据骆薇薇的分析，GaN功率组件并不适合传统晶圆代工模式，因为其制程开发需要在设计、外延、生产与应用层面保持紧密耦合，而这正是代工—客户模式难以实现的部分，反观IDM模式则更具灵活性和控制力。
Schoiswohl则指出，GaN制造本身并非低利润的业务，但关键在于如何创造价值。他表示：“首要条件是拥有成本竞争力，你必须积极压低成本，而300mm GaN制程在此提供了这种优势。”
他进一步强调，像英飞凌这样的IDM厂商可以在系统层面进行创新。“光是开发一颗GaN晶体管是不够的，我们还需要集成栅极驱动器与控制器，进而展示一整套可发挥最大价值的系统。”
GaN组件的系统化设计策略，有助于实现整体的成本竞争优势。(来源：Infineon)
通过优化的控制器与栅极驱动器，工程团队可打造出能降低整体系统成本的GaN方案。这使得GaN成为一项意义重大且盈利丰厚的业务，也凸显出IDM模式在此领域的优势。
随着300mm制程的导入与系统级的深度集成，Schoiswohl对GaN与硅之间实现成本持平的前景深具信心。“产品层级的创新将推动系统层面的变革，例如开发适用于高频应用与新型拓扑的驱动与控制IC。”
GaN技术未来展望
尽管英飞凌正加大在GaN制造领域的投资力度，但Schoiswohl预计，GaN的性能将从设计角度获得巨大提升。“我们有望在相同封装尺寸下，大幅降低寄生电容与导通电阻。”
这将催生高压双向开关技术的实现，进一步解锁更多创新型拓扑架构。
随着台积电退出GaN制造市场，IDM会否成为这波技术革新的最大赢家？英飞凌是否能依计划实现其300mm GaN制程蓝图？其他晶圆厂会否跟进台积电的脚步？这些问题让GaN产业未来的发展更加值得关注。
责编：Ricardo
