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【NEWS】第三代半导体陷入团战

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发表时间:2020-08-14 08:30

第三代半导体材料已成为当下得热点,市场看好未来第三代半导体材料的各项优势,但碍于成本仍贵,量产具有难度,为了加快技术上以及生产上的突破,单打独斗困难,各方人马进入团战阶段,愈早把良率提升、成本降低、进入量产,愈快能享受这块未来看好的市场大饼。

各方人马合作/ 结盟/ 购并 动作积极

全球半导体大厂跨入第三代半导体材料,已多展开合作、策略结盟或购并,包括IDM 厂商意法半导体购并Norstel AB 以及法国Exagan、英飞凌收购Siltectra ,以及日商ROHM 收购SiCrystal 等;而中国台湾厂商也争逐第三代半导体材料,以今年上半年台积电携手意法半导体最具代表性,而此次矽晶圆大厂环球晶与宏捷科的策略私募入股,整合上下游产业链的能力达成互补,加快开发脚步以及瓶颈,打团战比单打独斗,更快可获取市场。

氮化镓难度在晶格 碳化硅晶种、长晶都是挑战

目前第三代半导体材料占比重仍相当低,量产端的困难仍是最大挑战。氮化镓发展瓶颈段仍在基板段,造成氮化镓的成本昂贵且供应量不足,主要是因为氮化镓长在硅上的晶格不匹配,困难度高,另外的困难在于氮化钾产品容易翘曲,所以基板也要特别制造,如果会往上翘,就要在先逆向长氮化镓在矽上,具有相当难度。

而在碳化硅的生产难度上,则包括长晶的源头晶种来源就要求相当高的纯度、取得困难,另外,长晶的时间相当长且长晶过程监测温度和制程的难度高,第三则是碳化硅长一根晶棒需耗时2 周,成果可能仅3 公分,造成量产的难度。

价格仍是普及的最大关键

全球以硅为基础的半导体材料市场约4,500 亿美元,其中第三代半导体仅才占10 亿美元的水准,比重仍相当低,但未来的成长幅度仍很大,不过要商业化的关键即是价格要快速下降,至少要比现在价格还要便宜5 成,市场接受度才会提高。

而对于各国的发展脚步,包括美国、日本、欧盟都想把技术建立起来,且化合物半导体应用领域在军事也不少,在大功率的高速交通工具也是关键材料,所以被各国视为战略物资,半绝缘的化合物半导体甚至要拿到证明才可以出口,是相当重要的上游材料。

至于整体市场的起飞时间,本来市场认为,在5G 和电动车的推波助澜下,2020 年第三代半导体材料就会有量,但今年受到新冠疫情影响,整个车用市场大乱,5G 布建也受到影响,预估2021 年下半年就会比较有量,最快可以应用的还是power 相关的产品,但5G 以及电动车领域仍是未来撑起市场的重要动能。

中国大陆第三代半导体现状

技术层面,SiC衬底和外延方面,国内仍然是4英寸为主,已开发出6英寸产品并实现小批量供货;国内批量生产的GaN衬底仍以2英寸为主。国内600 ~3300V SiC肖特基二极管技术较为成熟,产业化程度继续提升,目前也已研制出1200~1700V SiC金氧半场效晶体管(MOSFET)器件,但可靠性较低,目前处于小批量生产阶段;国内全SiC功率模块,主要指标为1200V /50~600A、650V /900A。GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)方面,国内2018年推出了650V/10 ~30A的GaN晶体管产品;GaN微波射频器件方面,国产GaN射频放大器已成功应用于基站,Sub 6 GHz和毫米波GaN射频功率放大器也已实现量产。

产业方面,在半导体对外投资受阻情况下,国内自主创新发展是必由之路。2018年,在政策和资金的双重支持下,国内第3代半导体领域新增3条SiC产线。投资方面GaN热度更高,据第3代半导体产业技术创新战略联盟( CASA )不完全统计,2018年国内第3代半导体相关领域共有8起大的投资扩产项目,其中4起与GaN材料相关,涉及金额220亿元。此外,与国际企业并购热潮对比,国内2018年仅有2起。

生产模式上,大陆在第3代半导体电力电子器件领域形成了从衬底到模组完整的产业链体系,器件制造方面以IDM模式为主,且正在形成“设计—制造—封测”的分工体系;大陆代工产线总体尚在建设中,尚未形成稳定批量生产。

区域方面,我国第3代半导体产业发展初步形成了京津冀、长三角、珠三角、闽三角、中西部5大重点发展区域,其中,长三角集聚效应凸显,占从2015年下半年至2018年底投资总额的64%。此外,北京、深圳、厦门、泉州、苏州等代表性城市正在加紧部署、多措并举、有序推进。