AZZURRO成功實現150mm(6吋)晶圓GaN-on-Si製造　可顯著降低LED成本

運用AZZURRO的專利應力控制技術，能準確控制矽基板上GaN薄膜的曲度。

AZZURRO半導體成立於2003年，具有專利的大直徑矽基板氮化鎵(GaN-on-Si)技術，該技術源自德國Magdeburg大學，在2010年10月獲得包括Wellington Partners、Good Energies和Emerald等4家創投業者共1,500萬歐元的資金投入後，已正式在德烈斯登(Dresden)設立公司與產能，開始投入量產。

AZZURRO目前有2台MOCVD(有機金屬化學氣相沉積法)機台，將於2011年10月完成量產設置，預計能達到每月1,400片150mm(6吋)晶圓的出貨量。未來仍將持續擴充產能，規劃2013年達到每月1萬片晶圓，以及2015年達到2.7萬片晶圓的產能。

LED是一個成長快速的市場，市場規模超過110億美元，不管是電視、筆電和行動裝置用的背光設計，或是固態照明應用，都是各家業者所看好的商機所在，也吸引了眾多業者投入，市場競爭非常激烈。

目前LED產業仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的藍寶石基板為基礎，若能利用大直徑的矽基板氮化鎵(GaN-on-Si)技術，便有可能充分發揮現有矽晶生態系統的完備技術與規模經濟效益，達到降低整體LED成本的目標。若比較現行150mm(6吋)藍寶石基板和運用AZZURRO專利GaN-on-Si技術的150 mm(6吋)晶圓，可達到超過75%原料的成本節省。

雖然GaN-on-Si具顯著的成本優勢，但由於技術上的困難度，因此一直未能在LED業界廣泛應用。主要問題在於，由於矽基板和GaN的熱膨脹係數不同，在製程中會因為兩種材質間的晶格錯位而產生應力，進而形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的問題。

曲度和薄膜厚度不均不僅會在後段加工時可能產生破裂，同時也會造成同一片晶圓上製作出的LED具不同的峰值波長(peak wavelength)，增加了日後分選(binning)的困擾。根據AZZURRO於2011年第2季完成的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圓來看，已可達到平均厚度6.1μm、標準差0.062μm，以及平均峰值波長451.9nm、標準差2.1nm的水準。

此外，從AZZURRO過去12個月對數百片晶圓進行GaN薄膜製程控制的數據來看，已將曲度標準差從85μm逐步漸少到15μm。同時，運用增強的曲度控制和補償(offset)曲度控制，可進一步縮小或達到0曲度的目標。甚至，AZZURRO也可以依照客戶的需求，滿足客製化曲度需求。

這主要是透過AZZURRO專利的應力控制技術，才能克服曲度和薄膜厚度不均的問題，也才能使大直徑GaN-on-Si技術得以實現商業化應用的重要關鍵。除了LED，GaN-on-Si亦適用於功率半導體(power semiconductors)、RF/PA等應用。

雖然業界對於GaN-on-Si LED是否能達到與藍寶石LED相同的效能或有疑慮，但已有研究證明，GaN-based LED確實能達到相似效能，而且非常適用於高功率和具成本效益的固態照明應用。

除了成本，GaN-on-Si與藍寶石相比，還有其它的優勢。它能利用現有的矽晶製程技術，切割等後段製程技術與資源都非常成熟與完備。此外，在生產HB和UHB LED產品所需的覆晶安裝(flip chip mounting)時，矽晶材質比藍寶石更易移除，不但生產週期可顯著縮短，還能獲得更佳的良率。

AZZURRO的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圓現已開始提供樣本給客戶，正進行認證，預計2011年底客戶就能正式推出採用GaN-on-Si技術的LED元件。同時，2011年底以前，AZZURRO將能提供200mm(8吋)晶圓的GaN-on-Si技術，更預計於2012年推出300mm(12吋)晶圓技術，進度遙遙領先其他業者。

台灣擁有完整的矽晶以及LED產業鏈，是AZZURRO非常重視的市場。AZZURRO預計於2011年7月中在台灣成立技術與客戶服務團隊，積極與業者合作，協助他們從目前的藍寶石轉換為採用矽晶基板架構的LED元件生產。根據AZZURRO與現有客戶的合作經驗，大約4個月的時間就可順利轉換，未來更將進一步擴充至200mm(8吋)晶圓應用，大幅節省成本。

作者簡介：

AZZURRO Semiconductors業務和行銷副總裁

Erwin Ysewijn自1989年服務於日立半導體公司開始，便累積了豐富的行銷與業務經驗，並熟悉亞洲市場，包括日本、南韓、台灣和大陸等地，亦曾負責執行多項策略購併計畫，顯著推動業務成長。在加入AZZURRO之前，Ysewijn是Lantiq公司的全球行銷部門主管。