金(jīn)信實業(深圳)有限公司一(yī)個(gè)熱知識，很火(huǒ)的第三代半導體(tǐ)其實市(shì)場(chǎng)很小。可能(néng)會有人(rén)覺得不可思議(yì)，但(dàn)現(xiàn)實就(jiù)是如(rú)此，台積電董事(shì)長劉德音(yīn)曾直接指出，第三代半導體(tǐ)産值小，無法與矽基半導體(tǐ)相比，是特殊技術。研究機構的數據也(yě)能(néng)證明這(zhè)一(yī)點，TrendForce預測，GaN（氮化(huà)镓）市(shì)場(chǎng)到2025年成長為(wèi)8.5億美元，而SiC則為(wèi)33.9億美元。與高達數千億美元的半導體(tǐ)市(shì)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，第三代半導體(tǐ)确實隻占了(le)那麽一(yī)丢丢。
但(dàn)在新(xīn)能(néng)源汽車、5G通信等新(xīn)興領域的推動下(xià)，“小市(shì)場(chǎng)”顯然并沒有妨礙第三代半導體(tǐ)成為(wèi)新(xīn)的兵家戰場(chǎng)，尤其對于各大代工廠商(shāng)。從當前布局來(lái)看，台積電、聯電、世界先進等各大代工廠都已經加入這(zhè)場(chǎng)競争激烈的第三代半導體(tǐ)戰役中。
一(yī)、台積電，用錢(qián)砸出來(lái)的GaN
作(zuò)為(wèi)全球晶圓代工的龍頭，台積電在第三代半導體(tǐ)領域已布局久矣，2014年在6英寸晶圓廠制造GaN組件；2015年生(shēng)産用于低(dī)壓和高壓應用的GaN組件；2017年開始量産GaN-on-Si組件；去年年底有傳聞稱台積電已具備8英寸量産能(néng)力，不過未得證實。
在台積電看來(lái)，第三代半導體(tǐ)的競争優勢就(jiù)在于功率與射頻應用，因此相較于碳化(huà)矽，台積電更看好(hǎo)(hǎo)氮化(huà)镓的快(kuài)充、輕薄、效率高的特性，更專注于氮化(huà)镓的材料與技術開發，并鎖定快(kuài)充、數據中心、太陽能(néng)電力轉換器(qì)、48V 直流電源轉換器(qì)、電動車車載充電器(qì)與轉換器(qì)等5大領域，搶攻商(shāng)機。
據台媒《财訊》報(bào)道，台積電在第三代半導體(tǐ)領域的研發靠的是自己花錢(qián)，由最基礎堆棧不同材料的磊晶技術開始研究。外界觀察，台積電仍是以矽基闆的化(huà)合物半導體(tǐ)為(wèi)主，雖然這(zhè)種技術在通訊上(shàng)應用有限，但(dàn)在電動車等應用上(shàng)相當有競争力。
其實早在2014年，台積電就(jiù)已經為(wèi)愛爾蘭氮化(huà)镓功率IC設計公司Navitas代工生(shēng)産。此前Navitas首席運營官/首席技術官兼聯合創始人(rén)Dan Kinzer說(shuō)，“台積電的交付和質量結果不言而喻，每月(yuè)(yuè)出貨量超過 100 萬個(gè) GaNFast 電源 IC，總出貨量超過 1300 萬個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)故障為(wèi)零。”到了(le)2020年，台積電還獲得了(le)意法半導體(tǐ)矽基氮化(huà)镓代工訂單，為(wèi)其生(shēng)産車用的化(huà)合物半導體(tǐ)芯片。可以說(shuō)，台積電已經是目前在氮化(huà)镓領域表現(xiàn)較為(wèi)突出的代工業者。
台積電本身(shēn)也(yě)是十分(fēn)重視(shì)對氮化(huà)镓技術的研發，從2021年财報(bào)可以看出，其矽基氮化(huà)镓Gen-1 技術平台在 2021 年得到了(le)進一(yī)步增強，以支持客戶的各種市(shì)場(chǎng)應用，第二代技術則正在開發中，計劃2022年完工。
财報(bào)透露，2021年，台積電通過了(le)第一(yī)代650V增強型GaN高電子(zǐ)遷移率晶體(tǐ)管（E-HEMT）的改進版本，進入全産能(néng)量産，市(shì)場(chǎng)已推出超過130款充電器(qì)，為(wèi)此台積電不斷擴大産能(néng)以滿足客戶需求。其第二代650V和100V功率E-HEMT經過研發後，FOM（品質因數）提升50%，将于2022年投産；100V耗盡型GaN高電子(zǐ)遷移率晶體(tǐ)管（D-HEMT）完成器(qì)件開發，預計也(yě)于2022年投産 。除此之外，台積電甚至已經開始第三代650V電源E-HEMT的研發，并預計2025年交付。
當然技術上(shàng)的成功離不開資本的支撐。第三代半導體(tǐ)所屬的特殊制程作(zuò)為(wèi)台積電的發展重點，去年台積電将特殊制程在成熟制程的占比拉高到 60%，并由成熟制程升級轉換特殊制程支持第三代半導體(tǐ)發展。而今年，台積電預計2022年為(wèi)400億~440億美元，其中10%~20%花在特殊制程，也(yě)就(jiù)是說(shuō)，大約能(néng)有40億美元~88億美元用在特殊制程上(shàng)。
二、聯電，搶進8英寸
作(zuò)為(wèi)晶圓代工二哥的聯電先前的第三代半導體(tǐ)布局，主要通過轉投資聯穎切入。據悉，聯穎是聯電投資事(shì)業群的一(yī)員(yuán)，成立于 2010 年，主要提供 6 英寸砷化(huà)镓晶圓代工服務(wù)，生(shēng)産 CMOS 制程的二極管、MOSFET、及濾波器(qì)等，終端産品應用領域包括手機無線通信、微波無線大型基地站(zhàn)、無線微型基地台、國防航天、光纖通訊、光學雷達及 3D 感測組件等。
在發展路(lù)線方面，聯電以提供功率、射頻組件方案為(wèi)主，初期以氮化(huà)镓技術先行，待其技術發展成熟後，下(xià)一(yī)步才會朝碳化(huà)矽開始布局。從目前來(lái)看，聯電仍處于主攻氮化(huà)镓階段，不過不同于台積電的矽基氮化(huà)镓，聯電采取Qromis研發的特殊基闆QST開發氮化(huà)镓技術，預期2022年将提供8英寸 GaN on QST方案，主攻650～1，200V的功率範圍。
據了(le)解，QST基闆相較業界以矽作(zuò)為(wèi)基闆，具有與氮化(huà)镓磊晶層更緊密匹配的熱膨脹系數（CTE），在制程中堆棧氮化(huà)镓的同時(shí)，也(yě)能(néng)降低(dī)翹曲破片，更有利于晶圓代工廠實現(xiàn)量産。
考慮到目前業界氮化(huà)镓整體(tǐ)解決方案提供者較少，聯電還與比利時(shí)微電子(zǐ)研究中心（IMEC）進行技術研發合作(zuò)，将相關(guān)技術朝平台化(huà)發展，完成後會把平台開放(fàng)給設計公司客戶使用，擴大接單利基。據聯電協理(lǐ)鄭子(zǐ)銘去年年底透露，氮化(huà)镓技術平台建置已逐漸成形，預期2022年将進入Design in（産品設計入客戶解決方案中）階段，率先提供的解決方案将以矽基氮化(huà)镓為(wèi)主，朝消費性功率組件代工切入，提供6英寸晶圓方案。
2021年為(wèi)了(le)沖刺氮化(huà)镓領域，聯電與封測廠颀邦宣布雙方将透過換股，換股合作(zuò)後，聯電将成為(wèi)颀邦最大單一(yī)股東，也(yě)将透過與颀邦的上(shàng)下(xià)遊整合，擴大在第三代半導體(tǐ)領域的布局。據悉，颀邦在電源功率組件及射頻組件封測市(shì)場(chǎng)經營多年，封測技術已量産于砷化(huà)鉀、碳化(huà)矽、氮化(huà)镓等化(huà)合物晶圓。聯電在2021年财報(bào)中也(yě)指出，将積極投入開發化(huà)合物半導體(tǐ)氮化(huà)镓功率組件與射頻組件制程開發，拟結合颀邦在電源功率組件及射頻組件封測市(shì)場(chǎng)之領先地位與先進封裝技術，加速開發高效能(néng)電源功率組件及5G射頻組件之市(shì)場(chǎng)商(shāng)機。
财報(bào)還顯示，針對5G世代需要更高壓及更高頻的組件需求，聯電開發了(le)新(xīn)的半導體(tǐ)材料制程，包含已經看的量産用于5G通訊的砷化(huà)镓組件以及全力開發中的滿足更高功率的氮化(huà)镓組件，其中寬能(néng)隙氮化(huà)镓功率組件與微波組件技術平台的開發預計在民(mín)國112年，也(yě)就(jiù)是2023年完成量産。
随着布局的深入，聯電開始火(huǒ)力全開，從6英寸朝着8英寸晶圓進軍。本月(yuè)(yuè)初，台媒經濟日報(bào)報(bào)道，供應鏈透露，聯電近期擴大第三代半導體(tǐ)布局，自行購(gòu)置蝕刻、薄膜新(xīn)機台，預計下(xià)半年将進駐8英寸 AB廠。聯電财務(wù)長劉啓東對此回應，集團在第三代半導體(tǐ)的發展上(shàng)，仍以聯穎為(wèi)主，聯電則進行研發，不過确實有在合作(zuò)，但(dàn)細節不便透露。
衆所周知，由于第三代半導體(tǐ)薄膜厚度比一(yī)般晶圓厚，容易導緻晶圓彎曲，所以目前多以6英寸為(wèi)主，8英寸雖然能(néng)産出更多的晶片，但(dàn)顯然難度更大。聯電能(néng)搶先布局8英寸，除了(le)看重其經濟效益外，也(yě)暗示了(le)對其自身(shēn)技術的信任。聯電資深處長邱顯欽在去年表示，“聯電現(xiàn)在有很多既有的RF-SOI（射頻絕緣上(shàng)覆矽）客戶，再加上(shàng)聯穎有聯電的6英寸廠支撐，最快(kuài)明後年可以看見成果。”我們也(yě)拭目以待。
三、世界先進，有望今年如(rú)期量産
對于第三代半導體(tǐ)，世界先進董事(shì)長方略是這(zhè)麽看的，“即使再過5年，第三代半導體(tǐ)産值也(yě)未必超過（半導體(tǐ)整體(tǐ)市(shì)值的）1％，但(dàn)是新(xīn)材料（碳化(huà)矽、氮化(huà)镓）衍生(shēng)的商(shāng)機，将突破矽材料無法做到的領域，将是值得探索的嶄新(xīn)世界。”
正是看到了(le)第三代半導體(tǐ)所衍生(shēng)出來(lái)的巨大商(shāng)機，世界先進在2018年就(jiù)宣布朝量産氮化(huà)镓芯片的目标努力。去年11月(yuè)(yuè)的法說(shuō)會上(shàng)，方略指出，基于GaN on QST制程的産品已經有客戶進行原型設計與送交制造，目前已經出貨的兩批産品線都通過可靠性測試，預計2021年底前會完成所有的程序設計，順利的話(huà)2022年上(shàng)半年會看到有實際産品面世。
在技術方面，世界先進建立了(le)完整的氮化(huà)镓加工技術，除了(le)前後段制程都自行完成，同時(shí)也(yě)會建立自己的晶圓薄化(huà)技術。
基闆方面，世界先進與聯電一(yī)樣，選擇QST基闆技術，憑借着QST基闆材料，世界先進将生(shēng)産出8英寸氮化(huà)镓晶圓，如(rú)果能(néng)與世界先進既有的8英寸機台設備、管理(lǐ)與開發相互配合使用，或許會在2022年如(rú)期量産基于QST基闆的氮化(huà)镓組件。
除了(le)傳統的純晶圓代工廠，IDM廠商(shāng)也(yě)積極卡位，比如(rú)三星加入南(nán)韓官方計劃沖刺第三代半導體(tǐ)布局。去年5月(yuè)(yuè)，韓國政府發布了(le)一(yī)份先進功率半導體(tǐ)研發和産能(néng)提升計劃，計劃到2025年将市(shì)場(chǎng)競争力提升到全球水平，至少有5種先進的功率半導體(tǐ)産品上(shàng)市(shì)。韓國産業通商(shāng)資源部在一(yī)份聲明中表示，将與韓國國内的代工廠建立6 - 8英寸的制造工藝，以擴大相關(guān)的代工服務(wù)。
四、寫在最後
代工廠搶先入局第三代半導體(tǐ)并非沒有原因，除了(le)那誘人(rén)的商(shāng)機外，還有設備相容度。漢磊科技前總經理(lǐ)莊淵棋曾于論壇分(fēn)析稱，入氮化(huà)镓代工技術跟代工廠原本的設備相容度達9成以上(shàng)，且氮化(huà)镓有機會轉到8英寸廠投片，因此隻要多添購(gòu)專用設備就(jiù)好(hǎo)(hǎo)了(le)。
當前聯電、世界先進都已經向8英寸邁進，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，代工廠們在第三代半導體(tǐ)領域的付出會相繼顯現(xiàn)，這(zhè)個(gè)産業也(yě)将變得更加旺盛。
