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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2021年12月29日 週三 下午7:13·8 分鐘 (閱讀時間)


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1350億元（約43億5000萬歐元）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5000片，6吋矽基氮化鎵（GaN-on-Si）月產能達2000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
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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
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。