中美晶組「虛擬IDM集團」,瞄準未來5年碳化矽需求!矽晶圓女王徐秀蘭:我們追得很快

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矽晶圓大廠環球晶圓(以下簡稱環球晶)董事長徐秀蘭素有「矽晶圓女王」、「併購女王」的封號,公司創立20年來,她一路透過併購策略壯大版圖,橫跨歐、美、亞洲9國,擁有17座工廠。

2021年,環球晶更宣布將豪擲1,350億元(約43億5,000萬歐元)併購德國矽晶圓廠世創(Siltronic,截稿時間為止,中國與德國仍審理中),完成併購後將躍升為世界第2大矽晶圓製造商。

在第3類半導體戰場上,女王同樣勇往直前。環球晶內部早在2012年就開始投資,在市場還相對冷門時,就朝「完整晶圓解決方案供應商」的目標前進,看準客戶有需求、市場有機會,早早就跨足氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)材料研發。

「好在從矽賺的錢,可以拿來給碳化矽來花,如果(環球晶)是純化合物半導體廠,就會一直虧,可能得要借錢付薪水。」建立在矽晶圓的優勢上,環球晶目前已握有近300個第3類半導體專利,成為台灣最大碳化矽基板供應商。「我們燒得很痛,燒超多的。」

碳化矽需求超出預期,帶動技術推進

環球晶在產能規畫上,6吋碳化矽基板月產能預估2022年上看5,000片,6吋矽基氮化鎵(GaN-on-Si)月產能達2,000片,難度最高的4吋碳化矽基氮化鎵(GaN-on-SiC)已小量量產。
由於從電動車、5G通訊到再生能源,都需要用到第3類半導體,徐秀蘭說,「很多應用都是8年前難以想像的,需求帶動(第3類半導體)技術往前走。」

客戶的需求強勁,帶動碳化矽基板體積大型化的趨勢,比預期的時間提早,也促使環球晶加速研發進度。徐秀蘭表示,過去認為6吋碳化矽可以維持主流規格5~6年,但「現在是客戶催著你換8吋。」

在業界4吋、6吋到8吋設備都還不成熟的情況下,原本環球晶內部研判,碳化矽8吋廠訂於2025年量產,現在這個時間會拉前到2023年,目前碳化矽8吋廠還在研發中。目前環球晶有數十位碩博士從事化合物半導體的研發,第3類半導體工廠位於竹南,現在只有1座,2022年時會有第2座廠。

徐秀蘭 圖/蔡仁譯攝影
徐秀蘭 圖/蔡仁譯攝影

G跟C兩組人馬競逐,緊跟第3類半導體趨勢

以全球第2大矽晶圓廠的規模,布局第3類半導體,是助力還是阻力?徐秀蘭直言挑戰不小,因為矽與碳化矽相比是截然不同的材料,後者的材質硬脆,切割、研磨難度較高。雖然製程可以類比,資深工程師較容易懂,但是由於設備、製程的參數條件不同,即使外購一批長晶爐設備,也不能保證製程良率一定會好。

她比喻,「就等於買了一個高級電鍋,不代表你就能當廚師(可以煮出好菜)!」在碳化矽基板的長晶過程,長晶爐需要高溫攝氏約2000度(矽則是1400度),要精準升降長晶爐的溫度,一切還得靠經驗累積。

不過,相對於零矽背景的人來說,「有矽背景還是有很大的優勢!」現在環球晶的第3類半導體人才,都是由具備15年以上經驗的矽工程師培訓而來。儘管如此,徐秀蘭仍然強調,碳化矽或氮化鎵的研發都還是太難。

環球晶內部有「G」與「C」兩個陣營,一邊是氮化鎵(GaN),另一邊是碳化矽(SiC),兩組人馬持續競賽中,隨時跟進第3類半導體技術的發展,以滿足客戶不同的需求。

對於業界認為碳化矽比氮化鎵更適合電動車應用,徐秀蘭指出,雖市場普遍認為氮化鎵適合的電壓環境不如碳化矽高,但是做氮化鎵的一方也持續在進步,未來還很難說。

垂直整合「打群架」!共享客戶反饋,快速優化製程

在Wolfspeed(原名科銳Cree)、意法半導體(ST)、英飛凌(Infineon)在內的IDM(垂直整合製造商)居主導地位的第3類半導體市場裡,環球晶所屬的母集團中美晶,正透過轉投資,串起第3類半導體產業鏈。

根據中美晶2020年年報,中美晶持股環球晶51.17%、投資宏捷科22.53%股份、持股朋程21.31%,由環球晶負責材料(基板與磊晶),朋程為IC設計、宏捷科主攻晶圓代工,建立一個「虛擬IDM」工廠。

身兼中美晶董事長的徐秀蘭強調,集團內各公司都是獨立運作,環球晶還是會專心、中立地銷售晶圓給客戶。只不過,透過中美晶投資關係,朋程或宏捷科在缺晶圓時不怕買不到原料;在市場供給過剩時,環球晶也知道這些成員會優先向環球晶買。

此外,集團各公司在簽保密協議下,資訊交流較快,可以互相學習、一起進步,不用單打獨鬥。「做第3類半導體,非常需要客戶的回饋,不怕你NG,就怕你不告訴我問題在哪裡!」徐秀蘭解釋,以往客戶在產品失敗時,常會以機密為由,不告知錯在哪裡,這使得環球晶進步緩慢。

晶圓片_環球晶圓集團 圖/蔡仁譯攝影
晶圓片_環球晶圓集團 圖/蔡仁譯攝影

但是當環球晶開發的碳化矽基板供應給宏捷科製造產品時,就能進一步獲得對方回饋材料使用狀況,「我們很願意送樣給客人,甚至是量身定做——只要客人願意給我們回饋。」

徐秀蘭舉例,有些客戶的氮化鎵需要翹曲(warpage;類似洋芋片有弧形,非全平面晶圓),環球晶便可以在製程上控制彎度,做出3種版本給客戶挑,如果客戶不肯回饋製程狀況,就難以做出客戶要的曲度。

反過來說,由於環球晶了解氮化鎵、碳化矽的特性,也成為IC設計廠請益的對象,可依照晶片設計需求,建議較適合的材料來開發,降低客戶失敗率。

「我常比喻,我們就是賣麵粉的人,客戶是做蛋糕的人,客戶可以拿我們的材料做記憶體、CMOS(互補式金屬氧化物半導體)等。」徐秀蘭說,外人看晶圓都是薄薄一片,但其實光8吋晶圓就有數千種規格,選錯材質,開發的產品也會受影響。

由此可知,IDM一手整合上下游,一站做完可以立刻修改下一站,在研發上也更具優勢。台灣雖沒有大型IDM廠,只要靠集團化作戰,一方面能獨立運營,另一方面也能補足資訊情報的不足。

晶圓片3_環球晶圓集團 圖/蔡仁譯攝影
晶圓片3_環球晶圓集團 圖/蔡仁譯攝影

併購女王再出手?徐秀蘭:我們心態很Open

在矽晶圓的供貨量上,環球晶已拚上世界亞軍,在碳化矽基板供貨量上,也正在放量,碳化矽業務可望在2022年成長100%,未來5年保持每年維持50~100%的成長率;氮化鎵則是每年成長50~60%。

從營收比率來看,雖然矽營收目前仍高達90%,但是碳化矽和氮化鎵的營收,未來5年有機會占到6~7%。而為了確保料源穩定,環球晶更早於2019年即與美國碳化矽晶球廠GTAT(GT Advanced Technologies)簽下採購長約。

展望5~10年後,第3類半導體有沒有可能走向跟矽半導體產業一樣的專業分工?「我覺得有可能,不過因為化合物半導體發展還在很早期,未來的生態系與商業模式發展還會改變。」徐秀蘭說。

只是,相較於國外IDM廠多是品牌導向,一手包辦IC設計、製造、封裝、測試到銷售,台灣業者不擅長賣品牌,IDM養成還在努力中。從環球晶的業績結構來看,營收中超過80%是國外客戶,台灣僅占10%出頭。

「不管國際強或台灣強(都好),當然樂意台灣強。」徐秀蘭說,未來只要產業成熟,就會有獨立高頻元件設計公司及獨立晶圓代工廠,朝矽半導體分工模式跨入,這是台灣的機會點。

布局第3類半導體10年來,徐秀蘭尚未在這個領域施展其併購長才,主要是因為從碳化矽的開發歷程來看,還得燒錢,需要更謹慎一點,不過她也說,「一直有注意看,但要有合適的團隊、技術、價錢,我們也很Open(心態開放)。」

面對第3類半導體市場裡流傳的「得基板者得天下」說法,基板龍頭Wolfspeed早有寡占優勢,環球晶該怎麼拚?對這點,徐秀蘭很有信心地表示,「Wolfspeed非常優秀,相比下環球晶還沒上小學,還在努力中,但我們進步得很快!」

徐秀蘭 環球晶 中美晶 圖/蔡仁譯攝影
徐秀蘭 環球晶 中美晶 圖/蔡仁譯攝影
環球晶圓

成立:2011年
董事長:徐秀蘭
近期財報:2021年前3季累計合併營收453.78億元,年增10%;累計前3季每股稅後純益(EPS)22.4元。
關鍵技術:2012年投入第3類半導體研究,同時具備6吋碳化矽、4吋碳化矽基氮化鎵基板、6吋矽基氮化鎵廠(GaN on Si)的量產能力
目標:未來5年碳化矽營收年成長50~100%,氮化鎵每年維持50~60%成長

中美晶集團 圖/數位時代
中美晶集團 圖/數位時代

責任編輯:吳佩臻、張庭銉

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