第三代半導體產業動態解析：SiC晶圓供應成IDM業者競爭關鍵

第三代半導體的發展在近年來已是全球半導體產業所重視的議題之一，相較於廣大的矽製程半導體元件，其整體份額仍相當低，但由於5G/6G、電動車與基礎能源工業等等應用的發酵，讓產業界對第三代半導體的後勢發展，大多抱持相當看好的態度。

第三代半導體主要是SiC(碳化矽)與GaN(氮化鎵)兩種不同的功率元件，而GaN本身透過SiC基板的結合，形成GaN on SiC晶圓，藉此開發出專為國防航太與無線通訊所專用的RF元件，以因應更為高頻與高速的無線網通應用。

宏觀來說，功率元件的種類除了傳統矽製程的MOSFET與IGBT外，同時也包含了SiC與GaN，應用範圍主要分為基礎建設所需要的大型變電所或是廠房的AC/DC電力設施，電動車範圍則OBC(On Board Charger)、主逆變器(Inverter)與DC/DC Converter(轉換器)等。所以概觀來看，功率元件主要是處理高功率電力轉換、DC/DC降壓等不可或缺的重要角色。根據SEMI(國際半導體產業協會)預估，2023年全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能可望突破千萬片晶圓大關，達1,024萬WPM(月產能；8吋晶圓)，2024年預計會進一步成長至1,060萬WPM。而依照Yole的統計，全球SiC元件產值在2021年達到11.37億美元。

歐美日IDM業者在第三代半導體功率元件的布局

若進一步觀察SiC與GaN元件產業的發展，不難看出主要的供應商大多以IDM業者為主，像是Infineon、ST與ROHM，就同時擁有SiC與GaN兩種功率元件，Toshiba、Denso、On Semi與Wolfspeed則僅有SiC方案，而離散與被動元件大廠Nexperia也有獨立提供GaN功率元件。不過像是GaN元件也有指標性的IC設計業者像是Dialog與Navitas等是獨立的GaN功率元件供應商，其代工夥伴則是晶圓代工龍頭台積電。以地域性來看，SiC與GaN元件供應商主要集中在歐美日手上。

以現今觀之，考量電動車需求日益攀升，加上資料中心的能源效率也必須進行提升，種種需求使得SiC與GaN功率元件的需求水漲船高，也因此各大IDM廠也開始透過擴廠的方式來提升第三代半導體功率元件的產能，本文將以SiC元件業者的投入狀況，來做進一步的討論。

以Infineon為例，該公司已經確定，將從德國境內的Villach與馬來西亞的Kulim(居林)廠進行SiC與GaN的產能擴充，預計投資20億歐元，2024年夏天進行設備進廠裝機，下半年進入量產時程。依據Infineon內部統計，Infineon在2021會計年度，SiC營收約莫為2億歐元，會計年度2022年將會成長90%，預計將上看3.8億歐元，在可預期的未來，上看10億歐元將是可以達成的目標。

ST方面，則是已經確定在Catania(位於義大利)與新加坡準備進行八吋廠的SiC元件的量產，預計2023年就會進入量產時程，預計2025年產能與2022年相較，將可以提升至兩倍左右。ST在2021年的SiC元件營收約莫為5億美元左右，預估2022年將可一舉超過7億美元。而ST在2021年的總營收為127.6億美元，這不難看出，SiC元件產品線在整體營收的比重極低，但單以SiC的成長動能來看仍是相當出色。

美系業者方面，On semi(安森美半導體)日前也在美國新罕布夏州完成全新的SiC廠房，該產房的產能預計在2022年底貢獻比現今產能達五倍之多。而新罕布夏州，也正是On semi在2021年收購GTAT(GT Advanced Technology)的總部所在地，該公司也是全球少數能提供矽晶圓基板的指標業者之一。

而日系業者當屬最為指標性的ROHM，ROHM在SiC相關產品線的開發，其積極度不亞於其他歐美IDM業者，像是近年來SiC MOSFET元件的設計，所有大廠皆改採溝槽式結構，ROHM早在2015年就已經領先其他業者導入，在2012年量產全SiC功率模組，可以想見該公司在該領域有一定的實力在。另一方面，ROHM在SiC晶圓供應策略，與Wolfspeed相同，在2009年收購位於德國的SiCrystal AG，該公司主要業務就是提供SiC晶圓。

元件量產方面，會以日本的筑後廠與宮崎廠的六吋廠來進行量產，同時也預計在2025年前，以八吋廠來量產SiC元件。

SiC元件供應商策略：確保上游晶圓供應與擴大產能

從前述可知，大多的IDM業者在SiC領域皆有相當積極的布局，原則上，策略的布局可以分成兩點：其一是收購上游端的SiC晶圓基板供應商或是簽署長達五年左右的供應合約，確保SiC晶圓基板產能的供應，其次則是在自家晶圓採取擴廠策略，這兩點必須密切配合，方能滿足各類終端應用對於SiC元件的需求。值得留意的是，就現階段SiC元件的主要供應商，僅有Infineon並未有收購上游的SiC晶圓供應商，長期而言，若面臨SiC晶圓供不應求的情況下，考量到各大廠的競合關係，Infineon有沒有可能面臨巧婦難為無米之炊的窘境，這恐怕也是需要思考的課題。

與此同時，IDM業者的確也在進一步思考利用八吋廠進行SiC元件的量產可能性，目前，Wolfspeed已經啟動全球第一座八吋的SiC元件量產，在時程快於其他競爭對手，這勢必會牽動其他競爭對手在八吋廠的量產布局，可以確定的是SiC產能的逐漸增加，對於電動車等應用將帶來相當的助益。