先探／中美晶化合物半导体联盟成军
化合物半导体需求日殷，惟碳化矽基板量产难度高，全球寡占且供不应求，台厂联盟成军后，迫切需要打开的两大任督二脉为何？
文／林丽雪
从５Ｇ通讯到车用，两边客户都很积极，也都逼得很凶，市场需求已经都在这边」，中美晶董事长徐秀兰在取得宏捷科私募股权记者会中直言，这是整个集团近期在第三代化合物半导体布局火力全开的主因，其背后凸显的，亦是国内矽基半导体厂，未来五到十年不容错过的布局大计。
徐秀兰口中的客户，正是大家都想得到的国际大厂，据了解，包括今年二月携手台积电合作开发氮化镓元件的意法半导体，到传出包下汉磊集团氮化镓磊晶产能的英飞凌，都是推动中美晶集团必须在化合物半导体市场加速前进的重点客户。
催生碳化矽第二供应商
「客户非常高度期待跟鼓励有Second Source出现，因为市场太过寡占」，环球晶发言人陈伟文口中的寡占厂，正是全球碳化矽基板市占超过六成的。
徐秀兰说，化合物半导体后段制程的成熟度很高，但前段制程的二大困难，一个是贵、一个是少，SiC基板的供应量不足，市场因而寻求包括QST基板或SOI基板的替代可能性。
但在各类的基板中，SiC基板发展出来的半导体元件，能耐高温、高压外，还具有电阻小、电流大与低耗电等特性，在电动车及需要高频传输的５Ｇ、甚至是６Ｇ基地台，SiC基板的导入还是最被期待的。
但像SiC这么重要的技术，「全球真正在做的只有二家，真的做得好的也只有Cree一家」，宏捷科董事长祁幼铭不讳言地说，化合物功率元件半导体市场要起飞，就是基板跟磊晶要齐全。
瓶颈在基板，但从碳化矽的材料特性及长晶制程技术来看，短期也是急不得。由于碳化矽材料的硬度极高，一般需要在二千度以上、甚至是高达二六○○度的高温下才能生产，相较于矽晶的生长环境只要在一五○○度，碳化矽长晶的难度就高出不少。
长晶及量产难度高
再者，包括矽晶基板及ＬＥＤ用的蓝宝石基板，用的都是液相拉晶法，但碳化矽的长晶技术包含气相沉积法与高温升华法，两者的工作温度都需要二六○○度以上外，气体又比液体难以控制，加上碳化矽长晶的困难点还包括石墨坩锅无法即时观察晶体生产状况，要生长出大尺寸、无缺陷、全区皆为同一晶态，则需要非常精确的热场控制及材料配合才行，单长晶的技术门槛相较于传统的矽及蓝宝石就高出许多。
先天材料的量产难度就高，产出自然也少及慢。一般而言，六吋矽晶棒的长晶需要一天，八吋的矽晶棒则需要二天半，但碳化矽单长晶的时间，就需要七到十天，且生成的高度可能仅有几厘到几吋，和矽晶棒可达一～二公尺又有极大的落差，碳化矽从拉晶、长晶制程就已受限，后续的加工制程又因为硬度高而导致生产相对困难，自然整体应用也就无法在短期内加速且大规模普及，基板自然也就有其贵的道理。
这也是为何祁幼铭会说，全球真正做得好的碳化矽基板厂家只有Cree一家，Cree的寡占优势也让它得以「坐地起价」，一片六吋的碳化矽基板价格高达一千美元甚至数千美元，都还供不应求，相对于六吋的矽基板不过一百多美元，前段的碳化矽基板价格高不可攀，也让市场无法快速打开。业者估计，碳化矽基板产能要广泛普及，少说要三、五年以上，才能让价格降低到可接受的水准。(全文未完)