艾玲（深圳）實業有限公司一(yī)個熱知(zhī)識，很火(huǒ)的第三代半導體(tǐ)其實市場很小(xiǎo)。可能會有人覺得不可思議，但現實就是如此，台積電(diàn)董事長劉德音曾直接指出，第三代半導體(tǐ)産值小(xiǎo)，無法與矽基半導體(tǐ)相比，是特殊技術。研究機構的數據也能證明這一(yī)點，TrendForce預測，GaN（氮化镓）市場到2025年成長為8.5億美元，而SiC則為33.9億美元。與高達數千億美元的半導體(tǐ)市場來說，第三代半導體(tǐ)确實隻占了那麼一(yī)丢丢。
但在新能源汽車(chē)、5G通信等新興領域的推動下(xià)，“小(xiǎo)市場”顯然并沒有妨礙第三代半導體(tǐ)成為新的兵家戰場，尤其對于各大(dà)代工(gōng)廠商(shāng)。從當前布局來看，台積電(diàn)、聯電(diàn)、世界先進等各大(dà)代工(gōng)廠都已經加入這場競争激烈的第三代半導體(tǐ)戰役中(zhōng)。
一(yī)、台積電(diàn)，用錢砸出來的GaN
作為全球晶圓代工(gōng)的龍頭，台積電(diàn)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)産用于低壓和高壓應用的GaN組件；2017年開(kāi)始量産GaN-on-Si組件；去(qù)年年底有傳聞稱台積電(diàn)已具備8英寸量産能力，不過未得證實。
在台積電(diàn)看來，第三代半導體(tǐ)的競争優勢就在于功率與射頻(pín)應用，因此相較于碳化矽，台積電(diàn)更看好氮化镓的快充、輕薄、效率高的特性，更專注于氮化镓的材料與技術開(kāi)發，并鎖定快充、數據中(zhōng)心、太陽能電(diàn)力轉換器、48V 直流電(diàn)源轉換器、電(diàn)動車(chē)車(chē)載充電(diàn)器與轉換器等5大(dà)領域，搶攻商(shāng)機。
據台媒《财訊》報道，台積電(diàn)在第三代半導體(tǐ)領域的研發靠的是自己花錢，由最基礎堆棧不同材料的磊晶技術開(kāi)始研究。外(wài)界觀察，台積電(diàn)仍是以矽基闆的化合物(wù)半導體(tǐ)為主，雖然這種技術在通訊上應用有限，但在電(diàn)動車(chē)等應用上相當有競争力。
其實早在2014年，台積電(diàn)就已經為愛爾蘭氮化镓功率IC設計公司Navitas代工(gōng)生(shēng)産。此前Navitas首席運營官/首席技術官兼聯合創始人Dan Kinzer說，“台積電(diàn)的交付和質量結果不言而喻，每月出貨量超過 100 萬個 GaNFast 電(diàn)源 IC，總出貨量超過 1300 萬個，現場故障為零。”到了2020年，台積電(diàn)還獲得了意法半導體(tǐ)矽基氮化镓代工(gōng)訂單，為其生(shēng)産車(chē)用的化合物(wù)半導體(tǐ)芯片。可以說，台積電(diàn)已經是目前在氮化镓領域表現較為突出的代工(gōng)業者。
台積電(diàn)本身也是十分(fēn)重視對氮化镓技術的研發，從2021年财報可以看出，其矽基氮化镓Gen-1 技術平台在 2021 年得到了進一(yī)步增強，以支持客戶的各種市場應用，第二代技術則正在開(kāi)發中(zhōng)，計劃2022年完工(gōng)。
财報透露，2021年，台積電(diàn)通過了第一(yī)代650V增強型GaN高電(diàn)子遷移率晶體(tǐ)管（E-HEMT）的改進版本，進入全産能量産，市場已推出超過130款充電(diàn)器，為此台積電(diàn)不斷擴大(dà)産能以滿足客戶需求。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(diàn)子遷移率晶體(tǐ)管（D-HEMT）完成器件開(kāi)發，預計也于2022年投産 。除此之外(wài)，台積電(diàn)甚至已經開(kāi)始第三代650V電(diàn)源E-HEMT的研發，并預計2025年交付。
當然技術上的成功離(lí)不開(kāi)資(zī)本的支撐。第三代半導體(tǐ)所屬的特殊制程作為台積電(diàn)的發展重點，去(qù)年台積電(diàn)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(diàn)預計2022年為400億~440億美元，其中(zhōng)10%~20%花在特殊制程，也就是說，大(dà)約能有40億美元~88億美元用在特殊制程上。
二、聯電(diàn)，搶進8英寸
作為晶圓代工(gōng)二哥的聯電(diàn)先前的第三代半導體(tǐ)布局，主要通過轉投資(zī)聯穎切入。據悉，聯穎是聯電(diàn)投資(zī)事業群的一(yī)員(yuán)，成立于 2010 年，主要提供 6 英寸砷化镓晶圓代工(gōng)服務，生(shēng)産 CMOS 制程的二極管、MOSFET、及濾波器等，終端産品應用領域包括手機無線通信、微波無線大(dà)型基地站、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。
在發展路線方面，聯電(diàn)以提供功率、射頻(pín)組件方案為主，初期以氮化镓技術先行，待其技術發展成熟後，下(xià)一(yī)步才會朝碳化矽開(kāi)始布局。從目前來看，聯電(diàn)仍處于主攻氮化镓階段，不過不同于台積電(diàn)的矽基氮化镓，聯電(diàn)采取Qromis研發的特殊基闆QST開(kāi)發氮化镓技術，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。
據了解，QST基闆相較業界以矽作為基闆，具有與氮化镓磊晶層更緊密匹配的熱膨脹系數（CTE），在制程中(zhōng)堆棧氮化镓的同時，也能降低翹曲破片，更有利于晶圓代工(gōng)廠實現量産。
考慮到目前業界氮化镓整體(tǐ)解決方案提供者較少，聯電(diàn)還與比利時微電(diàn)子研究中(zhōng)心（IMEC）進行技術研發合作，将相關技術朝平台化發展，完成後會把平台開(kāi)放(fàng)給設計公司客戶使用，擴大(dà)接單利基。據聯電(diàn)協理鄭子銘去(qù)年年底透露，氮化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(zhōng)）階段，率先提供的解決方案将以矽基氮化镓為主，朝消費(fèi)性功率組件代工(gōng)切入，提供6英寸晶圓方案。
2021年為了沖刺氮化镓領域，聯電(diàn)與封測廠颀邦宣布雙方将透過換股，換股合作後，聯電(diàn)将成為颀邦最大(dà)單一(yī)股東，也将透過與颀邦的上下(xià)遊整合，擴大(dà)在第三代半導體(tǐ)領域的布局。據悉，颀邦在電(diàn)源功率組件及射頻(pín)組件封測市場經營多年，封測技術已量産于砷化鉀、碳化矽、氮化镓等化合物(wù)晶圓。聯電(diàn)在2021年财報中(zhōng)也指出，将積極投入開(kāi)發化合物(wù)半導體(tǐ)氮化镓功率組件與射頻(pín)組件制程開(kāi)發，拟結合颀邦在電(diàn)源功率組件及射頻(pín)組件封測市場之領先地位與先進封裝技術，加速開(kāi)發高效能電(diàn)源功率組件及5G射頻(pín)組件之市場商(shāng)機。
财報還顯示，針對5G世代需要更高壓及更高頻(pín)的組件需求，聯電(diàn)開(kāi)發了新的半導體(tǐ)材料制程，包含已經看的量産用于5G通訊的砷化镓組件以及全力開(kāi)發中(zhōng)的滿足更高功率的氮化镓組件，其中(zhōng)寬能隙氮化镓功率組件與微波組件技術平台的開(kāi)發預計在民國112年，也就是2023年完成量産。
随着布局的深入，聯電(diàn)開(kāi)始火(huǒ)力全開(kāi)，從6英寸朝着8英寸晶圓進軍。本月初，台媒經濟日報報道，供應鍊透露，聯電(diàn)近期擴大(dà)第三代半導體(tǐ)布局，自行購置蝕刻、薄膜新機台，預計下(xià)半年将進駐8英寸 AB廠。聯電(diàn)财務長劉啟東對此回應，集團在第三代半導體(tǐ)的發展上，仍以聯穎為主，聯電(diàn)則進行研發，不過确實有在合作，但細節不便透露。
衆所周知(zhī)，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英寸為主，8英寸雖然能産出更多的晶片，但顯然難度更大(dà)。聯電(diàn)能搶先布局8英寸，除了看重其經濟效益外(wài)，也暗示了對其自身技術的信任。聯電(diàn)資(zī)深處長邱顯欽在去(qù)年表示，“聯電(diàn)現在有很多既有的RF-SOI（射頻(pín)絕緣上覆矽）客戶，再加上聯穎有聯電(diàn)的6英寸廠支撐，最快明後年可以看見成果。”我(wǒ)(wǒ)們也拭目以待。
三、世界先進，有望今年如期量産
對于第三代半導體(tǐ)，世界先進董事長方略是這麼看的，“即使再過5年，第三代半導體(tǐ)産值也未必超過（半導體(tǐ)整體(tǐ)市值的）1％，但是新材料（碳化矽、氮化镓）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世界。”
正是看到了第三代半導體(tǐ)所衍生(shēng)出來的巨大(dà)商(shāng)機，世界先進在2018年就宣布朝量産氮化镓芯片的目标努力。去(qù)年11月的法說會上，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年上半年會看到有實際産品面世。
在技術方面，世界先進建立了完整的氮化镓加工(gōng)技術，除了前後段制程都自行完成，同時也會建立自己的晶圓薄化技術。
基闆方面，世界先進與聯電(diàn)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英寸氮化镓晶圓，如果能與世界先進既有的8英寸機台設備、管理與開(kāi)發相互配合使用，或許會在2022年如期量産基于QST基闆的氮化镓組件。
除了傳統的純晶圓代工(gōng)廠，IDM廠商(shāng)也積極卡位，比如三星加入南(nán)韓官方計劃沖刺第三代半導體(tǐ)布局。去(qù)年5月，韓國政府發布了一(yī)份先進功率半導體(tǐ)研發和産能提升計劃，計劃到2025年将市場競争力提升到全球水平，至少有5種先進的功率半導體(tǐ)産品上市。韓國産業通商(shāng)資(zī)源部在一(yī)份聲明中(zhōng)表示，将與韓國國内的代工(gōng)廠建立6 - 8英寸的制造工(gōng)藝，以擴大(dà)相關的代工(gōng)服務。
四、寫在最後
代工(gōng)廠搶先入局第三代半導體(tǐ)并非沒有原因，除了那誘人的商(shāng)機外(wài)，還有設備相容度。漢磊科技前總經理莊淵棋曾于論壇分(fēn)析稱，入氮化镓代工(gōng)技術跟代工(gōng)廠原本的設備相容度達9成以上，且氮化镓有機會轉到8英寸廠投片，因此隻要多添購專用設備就好了。
當前聯電(diàn)、世界先進都已經向8英寸邁進，相信在不遠的未來，代工(gōng)廠們在第三代半導體(tǐ)領域的付出會相繼顯現，這個産業也将變得更加旺盛。
