• 中美晶化合物半導體聯盟成軍, 碳化矽基板奇貨可居 英飛凌、意法催促台廠打造供應鏈
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作者:林麗雪     文章出處:先探雜誌   2104期      出刊區間:2020/08/14~2020/08/20

化合物半導體需求日殷,惟碳化矽基板量產難度高,全球寡占且供不應求,台廠聯盟成軍後,迫切需要打開的兩大任督二脈為何?


從5G通訊到車用,兩邊客戶都很積極,也都逼得很凶,市場需求已經都在這邊」,中美晶(5483)董事長徐秀蘭在取得宏捷科(8086)私募股權記者會中直言,這是整個集團近期在第三代化合物半導體布局火力全開的主因,其背後凸顯的,亦是國內矽基半導體廠,未來五到十年不容錯過的布局大計。

徐秀蘭口中的客戶,正是大家都想得到的國際大廠,據了解,包括今年二月攜手台積電(2330)合作開發氮化鎵元件的意法半導體(ST),到傳出包下漢磊(3707)集團氮化鎵磊晶產能的英飛凌,都是推動中美晶集團必須在化合物半導體市場加速前進的重點客戶。



催生碳化矽第二供應商



「客戶非常高度期待跟鼓勵有Second Source出現,因為市場太過寡占」,環球晶(6488)發言人陳偉文口中的寡占廠,正是全球碳化矽(SiC)基板市占超過六成的Cree(Cree.US)。

徐秀蘭說,化合物半導體後段製程的成熟度很高,但前段製程的二大困難,一個是貴、一個是少,SiC基板的供應量不足,市場因而尋求包括QST基板或SOI基板的替代可能性。

但在各類的基板中,SiC基板發展出來的半導體元件,能耐高溫、高壓外,還具有電阻小、電流大與低耗電等特性,在電動車及需要高頻傳輸的5G、甚至是6G基地台,SiC基板的導入還是最被期待的。

但像SiC這麼重要的技術,「全球真正在做的只有二家,真的做得好的也只有Cree一家」,宏捷科董事長祁幼銘不諱言地說,化合物功率元件半導體市場要起飛,就是基板跟磊晶要齊全。

瓶頸在基板,但從碳化矽的材料特性及長晶製程技術來看,短期也是急不得。由於碳化矽材料的硬度極高,一般需要在二千度以上、甚至是高達二六○○度的高溫下才能生產,相較於矽晶的生長環境只要在一五○○度,碳化矽長晶的難度就高出不少。



長晶及量產難度高



再者,包括矽晶基板及LED用的藍寶石基板,用的都是液相拉晶法,但碳化矽的長晶技術包含氣相沉積法與高溫昇華法,兩者的工作溫度都需要二六○○度以上外,氣體又比液體難以控制,加上碳化矽長晶的困難點還包括石墨坩鍋無法即時觀察晶體生產狀況,要生長出大尺寸、無缺陷、全區皆為同一晶態,則需要非常精確的熱場控制及材料配合才行,單長晶的技術門檻相較於傳統的矽及藍寶石就高出許多。

先天材料的量產難度就高,產出自然也少及慢。一般而言,六吋矽晶棒的長晶需要一天,八吋的矽晶棒則需要二天半,但碳化矽單長晶的時間,就需要七到十天,且生成的高度可能僅有幾釐到幾吋,和矽晶棒可達一∼二公尺又有極大的落差,碳化矽從拉晶、長晶製程就已受限,後續的加工製程又因為硬度高而導致生產相對困難,自然整體應用也就無法在短期內加速且大規模普及,基板自然也就有其貴的道理。

這也是為何祁幼銘會說,全球真正做得好的碳化矽基板廠家只有Cree一家,Cree的寡占優勢也讓它得以「坐地起價」,一片六吋的碳化矽基板價格高達一千美元甚至數千美元,都還供不應求,相對於六吋的矽基板不過一百多美元,前段的碳化矽基板價格高不可攀,也讓市場無法快速打開。業者估計,碳化矽基板產能要廣泛普及,少說要三、五年以上,才能讓價格降低到可接受的水準。



串聯上下游打通任督二脈



因此,碳化矽基板被各國視為發展電動車的重要戰略物資,美商Cree及II-VI就囊括全球近八成的市占,日商羅姆(Rohm)集團旗下的Si-Crystal亦有十二%的市占,但基本上產出都為日本車廠所用,不足也不易出口。國內以環球晶為首的中美晶集團,由上而下打造國內化合物半導體自主化的供應鏈,實至名歸,也確實已刻不容緩。

業者分析,「以前沒有電動車,用矽半導體元件就足夠,但未來電動車需要能承載瞬間大電流的半導體元件,用傳統的矽晶圓會被擊穿;5G之後,微波頻率愈高,電子的移動也會更快,未來的應用發展,不能停留在矽製程上,雖然化合物半導體的量產難度還是非常的高,但不能否認的事實是,未來十年就是化合物的世代。」

中美晶早期因與藍寶石長晶廠極特先進(GTAT)在太陽能設備有合作關係,去年八月環球晶與GTAT簽下碳化矽晶球長約,初步掌握碳化矽基板料源,到這次中美晶私募宏捷科,為的就是打通上、下游的任督二脈,宏捷科與車用二極體廠朋程(8255)將分別擔綱中美晶集團未來加速在5G微波射頻元件與車用功率元件產品品質認證的重要角色。

惟如上所提,在碳化矽基板及磊晶量產良率都還需要一段時間推進下,短、中期而言,對已跨足化合物半導體的業者來說,業績貢獻將極為有限,股價的上漲也僅是題材。

但誠如徐秀蘭所言,接下來二、三年會見到轉折點,全球五大矽晶圓廠中,目前只有環球晶跨入化合物半導體領域,其中GaN on Si六吋已經做到磊晶,月產能有二千片,這部分會發展最快,至於碳化矽,只要長晶體到位,後端製程也可望迎刃而解,台灣有相當大的實力可以在下世代化合物半導體領域後來居上。

基板廠的環球晶及發展磊晶已經多年的漢磊投控(3707)及其旗下的嘉晶(3016),相信會是供應鏈完整後,業績最快領先起飛、且有較顯著營運挹注的受惠者。

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