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碳化硅最為關鍵的技術,亟待突破

2021-09-25
來源:半導體行業觀察
關鍵詞: 碳化硅

  第三代半導體發展如火如荼,在碳化硅的領域,已掌握基板技術的美日大廠已成三雄鼎立,國內也豪擲巨資想要在半導體領域大翻身,中國臺灣在碳化硅各個制程都有所著墨和布局,尤其是在關鍵的長晶領域,需要高度關注。

  長晶難度高,為關鍵瓶頸

  目前全球碳化硅由美日廠商寡占,其中的關鍵因素之一為美日廠掌握基板料源,而基板的生產中,又以長晶難度最高,以傳統的硅材來說,通常費時約3-4天即可以長出約200-300cm的晶棒,但以目前碳化硅,可能要2個禮拜才能長出不到10公分長度,在產出上非常受限。

  另外,除了慢之外,碳化硅的長晶過程非常高溫,以傳統的硅可能溫度在1,500度,但碳化硅的溫度可能會高達2,500度,所以在長晶的過程中難度更高,也無法即時觀察晶體的生長狀況,需要控制的因素也更復雜,也有可能在2周的長晶過程后,最后發現晶棒沒長好而報銷,造成良率不佳。

  因此,碳化硅困難在于要可達商品化,也就是良率跟產量都要有穩定性,這樣下游才有穩定的料源,否則仍難以大量采用。

  長晶進度持續進步

  有關長晶,中國臺灣有不少有在著墨長晶制程者,包括硅晶圓大廠環球晶在長晶的部分,目前是4吋為自己可長晶,產品也有小量出貨,至于6吋產品,環球晶在2019年時跟美國長晶大廠GTAT簽訂長約購料協議,跟GTAT買晶棒來切片/磨片/拋光成基板,未來公司也是以可以自己長6吋晶棒為目標,預計2022年上半年可再延伸到磊晶領域。

  另一家以長晶切入者為太極旗下子公司盛新材料,盛新也是主要以長晶為主,但也可以切片、磨片以及拋光,擁有16臺長晶爐,其中一臺就是和母公司廣運共同研發成功的長晶爐,未來也是朝自制為主,目前4吋基板已有小量產,驗證已到一階段,客戶已有給了小量的訂單。

  另外也以碳化硅長晶和晶圓加工生產的中砂轉投資的穩晟,目前已進入上柜輔導的程序但仍未IPO,也是切入4-6吋的碳化矽晶體,同時目標開發大尺吋的碳化矽長晶以及晶圓加工技術。

  國際大廠發展速度有加快,我們需加緊腳步

  但另一方面,碳化硅美日領導廠商技術突破快速,主要廠商包括CREE、ROHM以及II-VI,雖然有助于碳化硅更快普及,但恐怕也讓后進追兵更難趕上,再加上中國也砸下大錢投資,市場競爭也更火熱,環球晶董事長徐秀蘭即表示,碳化硅快速成長、技術也提升得很快,尤其8吋的進度比預期快,本來她估計6吋占據市場主流約10年,但目前看來未來10年6吋仍重要,但8吋比預期更快約2年,尤其CREE做得最好最大、技術也提升得很快,拉高進入障礙。

  環球晶內部也希望快點趕上進度,所以一直進行增產、送樣以及小量出貨,客戶也在等,所以目前雖然第三代半導體占總營收不到1%,但規劃的資本支出已是公司最大的單位之一。

  徐秀蘭認為,臺灣在硅以及半導體產業相當強,現在在原本基礎上延伸至第三代半導體材料,客戶和分銷商重疊性高,臺灣目前也有很多研究單位在做化合物半導體,或者研究關鍵設備的開發,今年雖還不夠成熟但明年會更好,若臺灣加快腳步,讓整個產業鏈完整化,將會非常有利。




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