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第三代半導體,全球布局如何?
發布時間:2022-06-17 16:01:57   信息來源:KCIC 瀏覽次數:403

一個熱(re)知識(shi),很火的第三代半導體(ti)其實市場很小(xiao)。可(ke)能(neng)會(hui)有人覺(jue)得(de)不可思(si)議(yi),但現(xian)實(shi)就是(shi)如此(ci),台積電董(dong)事長(zhang)劉德(de)音曾(ceng)直接指出,第(di)三代(dai)半導體產值(zhi)小,無法(fa)與矽基半導體相(xiang)比,是特(te)殊(shu)技(ji)術(shu)。研究(jiu)機(ji)構的(de)數據(ju)也(ye)能證(zheng)明(ming)這一點,TrendForce預(yu)測,GaN(氮(dan)化(hua)镓)市(shi)場到2025年(nian)成長為(wei)8.5億美元(yuan),而SiC則(ze)為33.9億美元(yuan)。與高達數千億美元(yuan)的半導體市場來說,第三代半導體確實隻占了那麽(mo)一(yi)丟丟。

但在新能源汽(qi)車、5G通信(xin)等(deng)新(xin)興(xing)領域的推動(dong)下,“小市場”顯(xian)然並(bing)沒(mei)有(you)妨礙第三(san)代半導體成(cheng)為新的兵家戰(zhan)場,尤(you)其對於各大(da)代工廠(chang)商。從(cong)當前布(bu)局來看,台(tai)積(ji)電、聯電、世(shi)界先(xian)進等各大代工廠都已(yi)經加入這(zhe)場競(jing)爭(zheng)激(ji)烈的第三代半導體戰役中(zhong)。

圖源:數位時代

圖源:數位時(shi)代

一、台積電,用(yong)錢(qian)砸(za)出(chu)來(lai)的GaN

作(zuo)為全(quan)球晶(jing)圓(yuan)代工(gong)的龍(long)頭(tou),台積電(dian)在第三代半導體領域已布局久矣,2014年在6英(ying)寸晶圓廠製造GaN組件;2015年生產(chan)用於(yu)低(di)壓(ya)和(he)高(gao)壓應用的GaN組件;2017年開始量(liang)產GaN-on-Si組件;去年年底有傳聞(wen)稱台積電已具(ju)備(bei)8英寸(cun)量產能力,不(bu)過未得證實。

在台積電看來,第三代半導體的競爭優(you)勢就(jiu)在於功(gong)率(lv)與射頻應(ying)用,因此相較於碳(tan)化矽,台積電更(geng)看好(hao)氮化镓(jia)的快充(chong)、輕(qing)薄(bao)、效率高的特性(xing),更專注(zhu)於氮化镓的材(cai)料(liao)與技術開發(fa),並鎖(suo)定快充、數據中心(xin)、太(tai)陽(yang)能電力轉(zhuan)換器(qi)、48V 直(zhi)流電源(yuan)轉換(huan)器、電動車車(che)載充電器與(yu)轉換器等5大領域(yu),搶(qiang)攻(gong)商機。

據台媒(mei)《財訊(xun)》報道(dao),台積電在第三代半導體領域的研(yan)發靠的是自己花錢,由(you)最基(ji)礎堆棧不同材料的磊晶技術開始(shi)研究。外(wai)界觀察,台積電仍(reng)是以(yi)矽基板(ban)的化合(he)物半導體為主(zhu),雖(sui)然(ran)這種(zhong)技術在通(tong)訊上應用有限,但(dan)在電動車等應用上(shang)相當(dang)有競爭力。

其(qi)實早(zao)在2014年,台積電就已經為愛(ai)爾(er)蘭氮化镓功率IC設(she)計(ji)公(gong)司Navitas代工生(sheng)產。此前Navitas首席運(yun)營官(guan)/首(shou)席(xi)技術官兼(jian)聯(lian)合創(chuang)始人Dan Kinzer說,“台積電的交付和質(zhi)量結果不言(yan)而喻,每月出貨(huo)量超過(guo) 100 萬(wan)個(ge) GaNFast 電源 IC,總(zong)出貨量超(chao)過 1300 萬(wan)個(ge),現場故(gu)障為零。”到了2020年,台積電還獲(huo)得了(le)意(yi)法半導體矽基氮化镓代工訂單(dan),為其生產車用的化合物半導體芯片(pian)。可以說,台積電已經是目(mu)前在氮化镓領域表現較為突出的代工業者。

台積電本身也是十分(fen)重(zhong)視對氮化镓技術的研發,從2021年財報可以看出,其矽基氮化镓Gen-1 技術平(ping)台在 2021 年得到了進一步增(zeng)強,以支(zhi)持(chi)客(ke)戶(hu)的各(ge)種市場應用,第二代技術則正(zheng)在開發中,計劃2022年完工。

財報透(tou)露,2021年,台積電通過了第一代650V增強(qiang)型(xing)GaN高電子(zi)遷移率晶體管(guan)(E-HEMT)的改進版(ban)本(ben),進入全產能量產,市場已推(tui)出超過130款充電器,為此台積電不斷(duan)擴(kuo)大產能以滿(man)足(zu)客戶需(xu)求。其第二(er)代650V和100V功率E-HEMT經(jing)過研發後,FOM(品質因數)提(ti)升50%,將於2022年投(tou)產;100V耗盡型GaN高電子(zi)遷移率晶體管(guan)(D-HEMT)完(wan)成器件(jian)開(kai)發,預計也於2022年投(tou)產 。除此之外,台積電甚至(zhi)已經開始第三代650V電源E-HEMT的研發,並預計2025年交付。

當然技術上的成功離不開資本的支撐。第三代半導體所(suo)屬(shu)的特殊製程作為台積電的發展重點,去(qu)年台積電將特殊製程(cheng)在成熟製程的占比拉高到(dao) 60%,並由成熟(shu)製程升級轉換特殊製程支持第三代半導體發展。而(er)今年,台積電預計2022年為400億~440億美元,其中10%~20%花在特殊製(zhi)程,也就是說,大約(yue)能有40億美元~88億美元用在特殊製程上。

二、聯電,搶進8英寸

作為晶圓代工二哥(ge)的聯電先前(qian)的第三代半導體布局,主要(yao)通過轉投資(zi)聯穎切入(ru)。據悉(xi),聯穎(ying)是聯電投資事業群(qun)的一員,成立於 2010 年,主要提供 6 英寸砷化镓晶圓代工服務,生產 CMOS 製程的二極管、MOSFET、及(ji)濾波器等,終端(duan)產品應用領域包(bao)括手(shou)機無線(xian)通信、微波(bo)無(wu)線大型基地站(zhan)、無線微型基地台、國防航(hang)天(tian)、光(guang)纖(xian)通訊、光學雷達及 3D 感(gan)測組件等。

在發展路(lu)線方麵(mian),聯電以提供功率、射頻組(zu)件方(fang)案為主,初期以氮化镓技術先行(xing),待其技術發展(zhan)成熟後,下一步(bu)才會朝碳化矽(xi)開始布局(ju)。從目前來看,聯電仍處(chu)於主攻氮化镓階段,不過不同於台積電的矽基氮化镓,聯電采取Qromis研發的特殊基板QST開發氮化镓技術,預期(qi)2022年將(jiang)提供(gong)8英寸 GaN on QST方案,主攻650~1,200V的功率範(fan)圍(wei)。

據了解,QST基板相較業界(jie)以矽作為基板,具有與氮化镓磊晶層(ceng)更緊密(mi)匹配(pei)的熱膨脹(zhang)係數(CTE),在製程中堆棧氮化镓的同(tong)時,也能降(jiang)低翹(qiao)曲(qu)破(po)片,更有利於晶圓代工廠實現量產。

考(kao)慮到目前業界氮化镓整體解(jie)決方案(an)提供者(zhe)較(jiao)少(shao),聯電還與比利(li)時微(wei)電子研究中心(IMEC)進行技術研發合作,將相關(guan)技術朝平台化發展,完成後會把(ba)平台開放給(gei)設計公司(si)客戶使(shi)用,擴大接(jie)單利基。據聯電協理鄭(zheng)子銘(ming)去年年底透露(lu),氮化镓技術平台建(jian)置(zhi)已逐漸成形,預期2022年將進入Design in(產品(pin)設計入客戶解決(jue)方案中)階(jie)段,率先提供的解決方案將以矽基氮化镓為主,朝(chao)消(xiao)費(fei)性功率組件代工切入,提供6英寸晶圓方案。

2021年為了衝刺氮化镓領域,聯電與封(feng)測(ce)廠頎邦宣布雙方將透過換股(gu),換股合作後,聯電將成為頎(qi)邦(bang)最大單一股東(dong),也將透過與頎邦的上下(xia)遊整合,擴大在第三代半導體領(ling)域的布局。據悉,頎邦在電源功率組件及射頻組件封測市場經營多(duo)年,封測技術已量產於砷化鉀、碳化矽、氮化镓等化合物晶圓。聯電在2021年財(cai)報中也指出,將積極投入開發化合物(wu)半導體氮化镓功率組件與射(she)頻組件製程開發,擬(ni)結(jie)合頎邦在電源功率組件及射頻組件封測市場之領先地位(wei)與先進封裝技術,加(jia)速開發高效能電源功率組件及5G射頻(pin)組件之(zhi)市場商(shang)機。

圖源:經濟日報

圖(tu)源:經濟(ji)日(ri)報

財報(bao)還(hai)顯示,針對5G世代需要更高壓及更高頻的組件需求,聯電開發了新的半導體材料製程,包含(han)已經看的量產用於5G通訊的砷化镓組件以及全力開發中的滿足更高功率的氮化镓組件,其中寬(kuan)能隙氮化镓功率組件與微波組件技術平台的開發預計在民國112年,也就是2023年完成量產。

圖源:聯電財報

圖源:聯電財報

隨著(zhu)布局的深(shen)入,聯電開始火力全開,從6英寸朝著8英寸晶圓進(jin)軍。本月(yue)初(chu),台媒經濟日報報道,供應鏈(lian)透露,聯電近(jin)期擴大第三代半導體布局,自行購置蝕刻、薄膜(mo)新機台,預計下半年將進駐(zhu)8英寸 AB廠。聯電財務(wu)長劉(liu)啟東對(dui)此回應,集(ji)團在第三代半導體的發展上,仍以聯穎為主,聯電則進行研發,不過確(que)實有在合作,但細節(jie)不便(bian)透露。

眾(zhong)所周知,由於第三代半導體薄膜厚度比(bi)一般(ban)晶圓厚,容易(yi)導致(zhi)晶圓彎(wan)曲,所以目前多以6英寸為主,8英寸雖然能產出更多的晶片,但顯然難(nan)度更大。聯電能搶先布局8英寸,除(chu)了看重其經濟效益外,也暗(an)示了對其自身技術的信任。聯電資深處長邱顯欽(qin)在去年表示(shi),“聯電現在有很(hen)多既有的RF-SOI(射頻絕(jue)緣上覆矽)客戶,再加上聯穎有聯電的6英寸廠支撐(cheng),最快明後年可以看見(jian)成果。”91啪啪免费视频观看也拭目以待(dai)。

三、世界先進,有望今(jin)年如期量產

對於第三代半導體,世界先進董事(shi)長方略是這麽看的,“即使再(zai)過5年,第三代半導體產值也未(wei)必(bi)超過(半導體整(zheng)體市值的)1%,但是新材料(碳化矽、氮化镓)衍(yan)生的商機,將突(tu)破矽材料無法做(zuo)到的領域,將是值得探索(suo)的嶄(zhan)新世界。”

正是看到了第三代半導體所衍生出來的巨大商機,世界先進在2018年就宣(xuan)布朝量產氮化镓芯(xin)片的目標(biao)努力。去年11月的法說會上,方略(lve)指出,基於GaN on QST製程的產品已經有客戶進行原型設計與送交製造,目前已經出貨的兩(liang)批產品線都(dou)通過可靠性測試(shi),預計2021年底(di)前會完成所有的程序設計,順利的話2022年上半年會看到有實際(ji)產品麵世。

在技術方麵,世界先進建立(li)了完整的氮化镓加工技術,除了前後(hou)段(duan)製程都自(zi)行完成,同時也會建立自己的晶圓薄化技術。

基板方麵,世界先進與聯電一樣(yang),選擇(ze)QST基板技術,憑(ping)借(jie)著QST基板材料,世界先進將生產出8英寸氮化镓晶圓,如(ru)果能與世界先進既(ji)有的8英寸機台設備、管理(li)與開發相互配合使用,或許會在2022年如期量產基於QST基板的氮化镓組件。

除了傳(chuan)統(tong)的純(chun)晶圓代工廠,IDM廠商也積極(ji)卡(ka)位,比如三星(xing)加入南韓官方計劃衝刺第三代半導體布局。去年5月,韓國政(zheng)府(fu)發布了一份先進功率半導體研發和產能提升(sheng)計劃(hua),計劃到2025年將市場競爭力提升到全球(qiu)水平,至少有5種先進的功率半導體產品上市。韓(han)國產業通商資源部在一份聲明中表示,將與韓國國內的代工廠建立6 - 8英寸的製造(zao)工藝(yi),以擴大相關的代工服(fu)務。

四、寫在最後

代工廠搶先入局第三代半導體並非(fei)沒有原(yuan)因(yin),除了那誘(you)人的商機外,還有設備相容度。漢磊科技前總經理莊淵棋曾於論壇(tan)分析稱,入氮化镓代工技術跟(gen)代工廠原本的設備相容度(du)達9成以上,且(qie)氮化镓有機會轉到8英寸廠投片,因此隻要多添(tian)購(gou)專(zhuan)用設備就好了。

當前聯電、世界先進都已經向8英寸邁(mai)進,相信在不遠(yuan)的未來,代工廠們(men)在第三代半導體領域的付出會相繼顯現,這個產業(ye)也將變得更加旺(wang)盛。


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