第3代半導體全球掀投資熱！專家：得碳化矽基板者將得天下

電動車、5G基建帶動功率元件需求使第3代半導體地位竄升，但碳化矽基板是 ... 代工，英特爾新繪圖晶片將採用台積電5奈米、6奈米及7奈米三大先進製程。

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但新興熱門的第3代半導體發展情況可能不同，產業分析師預期3至5年內仍是IDM廠主導，代工生存空間小。

半導體產業發展超過60年，產業高度垂直分工，台積電創辦人張忠謀開創晶圓代工商業模式，帶動IC設計業蓬勃發展。

近年整合元件製造（IDM）廠也逐步擴大委外代工，英特爾新繪圖晶片將採用台積電5奈米、6奈米及7奈米三大先進製程。

第3代半導體發展至今也超過30年，只是近年隨著電動車、5G快速發展，才日益受到各國政府與產業界關注。

目前仍由科銳（Cree）、意法半導體（ST）、英飛凌（Infineon）及羅姆（ROHM）等IDM廠主導的局面。

第1代半導體拼資本，第3代門檻低工研院產科國際所研究總監楊瑞臨表示，第1代矽基半導體製程技術不斷推進，資本支出龐大，台積電1年資本支出金額高達300億美元，美國亞利桑那州5奈米12吋晶圓廠將投資120億美元，是許多企業負擔不起。

反觀第3代半導體目前以6吋為主流，楊瑞臨以鴻海為例，鴻海斥資新台幣25.2億元取得旺宏6吋晶圓廠，預計再投入數十億元採購設備，用以生產第3代半導體碳化矽（SiC）功率元件，估計總投資額應在100億元以內。

楊瑞臨表示，第3代半導體製造的資本門檻低，意法半導體及英飛凌等IDM廠都能夠支應，此外，IDM廠深耕車用及工業用市場多年，可滿足客戶多種功率元件需求，純代工廠生存空間有限，僅能投入利基的小市場。

尤其，關鍵的碳化矽基板為科銳及羅姆所寡占，晶圓代工廠在基板受制於IDM廠對手的情況下，競爭處於劣勢，楊瑞臨預期，第3代半導體3至5年內仍將是IDM廠主導的局面。

楊瑞臨表示，觀察目前國內投入的鴻海、中美晶及漢民等廠商，也多以集團式整合製造的結構發展，預期未來將持續朝上游基板領域發展，完善垂直整合布局，強化競爭力。

電動車、5G基建帶動功率元件需求，第3代半導體具重要地位，中國、美國等主要國家紛紛政策推動，國內外企業也爭相投入。

產業分析師表示，碳化矽基板是發展最大關鍵。

第3代半導體熱起來，有3推力工研院產科國際所研究總監楊瑞臨說，第3代半導體近年成為各國政府與產業界關注的熱門焦點，主要有3個催化劑。

第一是美國電動車大廠特斯拉（Tesla）搶先採用第3代半導體碳化矽（SiC），讓SiC元件得以實際發揮散熱性佳，及提高電動車續航力等特色。

第二是全球環保意識抬頭，各國政府為達到碳中和、淨零碳排，紛紛訂定淘汰燃油車的時間表，促使車廠加速轉進電動車。

第三是中國為記取矽基半導體受制於美國的教訓，政策大力支持發展第3代半導體。

充電樁建置潮掀起SiC熱有別於中國砸錢補貼的作法，楊瑞臨表示，美國政府推動的基建計畫中將大舉建置充電樁，這將為第3代半導體SiC創造市場。

第3代半導體是以SiC及氮化鎵（GaN）為主要材料，有別於第1代半導體以矽（Si）、鍺（Ge）為主要材料，及第2代半導體以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、鋁砷化鎵（AlGaAs）為主要材料。

楊瑞臨指出，在高功率應用方面，第3代半導體具備寬能隙、耐高溫和高功率密度等特性；在高頻應用方面，具備低能耗和散熱佳等特性。

電動車、5G基建及快充等需求是主要成長動能。

SiC電晶體與碳化矽基GaN電晶體是成長性較高的兩項產品，年複合成長率分別達27%及26%，都需要採用SiC基板。

此外，SiC功率元件成本架構，也是以包含長晶、切割、研磨的基板占最大比重，高達50%。

其餘的磊晶占25%，製造占20%，後段封測占5%。

楊瑞臨表示，SiC基板製造難度高，是成本高昂的主因。

熱場控制及晶種掌握相當關鍵，卻只能土法煉鋼，做中學、學中做。

SiC長晶效率又比Si慢100至200倍，Si長晶約3天即可製造高度200公分晶棒，SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。

此外，SiC硬且脆，切割、研磨拋光難度高，會有很多報廢物。

科銳（Cree）是全球SiC基板龍頭廠，市占率超過6成，目前國內有廣運集團旗下盛新材料科技和穩晟材料投入SiC基板領域。

楊瑞臨說，SiC基板不僅占功率元件成本比重高，且與產品品質密切相關，SiC基板將是SiC發展的一大關鍵，包括意法半導體（ST）等廠商皆積極朝上游SiC基板發展，以強化競爭力，值得台灣廠商參考。

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