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台灣第三代半導體技術茁壯的開端?漢民密謀9年 劍指龍頭的祕密武器

2021-05-04
作者: 林宏達

▲漢民在Touch Taiwan展中首次展出自行生產的4吋及6吋碳化矽晶圓及品質數據。(圖/陳俊松攝)

漢民科技過去給人的印象,就是一家賣半導體設備的公司,今年的Touch Taiwan觸控展中,漢民展出研發9年的碳化矽基板技術,對外宣稱品質已有挑戰全球龍頭科銳(Cree)的實力。

目前,台灣在化合物半導體代工製造上,有穩懋、宏捷科、台積電等大廠,但還沒有台灣公司能穩定地生產出高品質的碳化矽基板。只能從科銳等少數願意對外賣基板的競爭者手上買材料,看國外大廠的臉色過日子,或用藍寶石基板等替代材料生產產品。

過去,外界只知道環球晶、太極、穩晟等公司在發展相關材料,但品質還有待考驗;但是,漢民董事長黃民奇9年前,為了協助旗下事業轉型升級,設立專責部門研發碳化矽基板相關技術,是台灣最早研發碳化矽技術的公司。

碳化矽基板 品質挑戰科銳

這一次,漢民展出自己研發的N-type碳化矽基板的數據,這種基板可以用在電動車、太陽能電源轉換器等高功率元件製造上,吸引許多中國化合物半導體公司代表前來詢問,目前整個大中華區幾乎只有1、2家公司能做到這種水準。

生產碳化矽基板,難度在控制材料晶體的一致性,生產的過程就像是拼積木,要用形狀為六面體,每一面大小不一的晶體排出一個光滑的平面。

如果生產過程無法控制晶體,生產出的基板上會出現一個一個微小的空洞,稱為Micro Pipe(微孔缺陷),這些缺陷如果落在電路所在的位置,這顆IC就可能報廢。因此,缺陷的密度是檢視碳化矽基板品質的重要指標。

根據漢民自己展出的數字顯示,他們生產的4吋和6吋碳化矽基板,微孔缺陷密度小於每平方公分0.06個。但根據科銳官網,科銳對外出售最高等級的碳化矽基板,同一個數字只能保證每平方公分出現的微孔缺陷小於一個,有些產品甚至只能保證每平方公分小於5個缺陷。

另一個指標則是BPD(basal plane defect基晶面位錯缺陷),這指的是基板碳化矽結晶當中,哪一些晶體的形狀被擺錯了,帶有矽原子的那一面,沒有依照設計擺在該有的位置上,也會影響製造出半導體的性能。而漢民展出的6吋碳化矽基板資料,每平方公分只有254個這樣的缺陷。

在科銳的產品規格裡,只要每平方公分小於1500個,就算是最高級的基板。「BPD數字通常都是以千為單位計算,」相關人員透露,漢民目前已能做到每平方公分只有200多個缺陷。

「碳化矽的硬度僅次於鑽石,」一位業界人士觀察,光是生產出高純度的材料還不夠,把碳化矽晶棒切成晶圓,不會造成更多的瑕疵,也是一項高難度技術。漢民也在現場展出他們的生產流程,從買進碳化矽材料開始,長出數公分厚的碳化矽晶錠,再切割成晶圓片,表面拋光,漢民都自行完成;加上漢民投資漢磊和嘉晶,分別負責磊晶和加工,漢民在第3代半導體布局的拼圖,愈來愈完整。

本刊採訪得知,漢民的基板目前已通過嘉晶、漢磊認證,能用於碳化矽生產線上。漢民預計明年將在竹南設廠生產碳化矽基板,不會賣相關的設備機台,是否會對外銷售基板則尚未決定。此外,穩懋等公司生產需要的是全絕緣的碳化矽基板,這種材料目前仍沒有台廠能生產。

▲圖為漢民此次展出的4吋和6吋碳化矽基板,中間為未拋光的6吋碳化矽基板。(圖/陳俊松攝)

傳已獲認證 明年設廠生產

知情人士表示,「做得出高品質的基板是一回事,能不能做到賺錢,又是另一回事。」漢民的下一個重點,將是如何控制成本。

不過,漢民集團今年才把負責碳化矽晶片設計的瀚薪公司擁有的專利及研發團隊轉讓給大陸。現在也面臨歐美化合物半導體廠實力雄厚,台灣難以打入歐美車廠供應鏈的難題,因此台廠的主要市場仍在大陸。面對中國用市場換技術的壓力,漢民是否能守住底線,將關鍵技術留在台灣,仍待觀察。

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