8英寸是國產(chǎn)設備商的機遇期

今年來，國際功率半導體巨頭已經(jīng)頻頻聯(lián)手國產(chǎn)碳化硅襯底、材料等環(huán)節(jié)企業(yè)，加速發(fā)展8英寸碳化硅。

這背后，一方面是國際龍頭對國產(chǎn)碳化硅襯底廠商技術進步的認可，另一方面也是看中中國新能源市場機遇，尋求本地化供應。

據(jù)相關人士表示，意法半導體和三安光電在重慶建廠，正是瞄準中國的汽車市場，重慶擁有長安等車企，方便就近供應客戶。

根據(jù)Yole預測，2021~2027年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望從10.9億美元增長到62.97億美元，保持年均34％的復合增速。

其中，車規(guī)級市場是碳化硅最主要的應用場景，有望從2021年6.85億美元增長至2027年49.86億美元。

在新能源產(chǎn)業(yè)強勁需求下，全球碳化硅產(chǎn)業(yè)步入高速成長期，碳化硅襯底仍處于供不應求狀態(tài)。

目前碳化硅襯底在功率元器件中成本占比接近50%，所以國際巨頭布局碳化硅產(chǎn)業(yè)都在搶占8英寸先機，甚至將量產(chǎn)時點提前至今年。

現(xiàn)在6英寸向8英寸擴徑的行業(yè)趨勢明確，如果我們國內(nèi)設備廠商仍大幅提升6英寸襯底設備產(chǎn)能將面臨“投產(chǎn)即落后”的問題。

所以設備廠商在本階段應該重點突破和布局8英寸襯底設備產(chǎn)能，才能實現(xiàn)彎道超車。

碳化硅市場競爭格局

目前而言，在碳化硅襯底市場主要分為三大梯隊，行業(yè)高度集中。

據(jù)智研咨詢統(tǒng)計，美國Wolfspeeed公司占據(jù)全球60%以上的市場份額，2015年推出8英寸碳化硅襯底，位列市場第一梯隊；

其他海外領軍廠商如羅姆、II-VI、意法半導體等也相繼開展襯底材料業(yè)務，到2021年已具備8英寸襯底的生產(chǎn)能力，海外領軍廠商和我國襯底行業(yè)龍頭企業(yè)加快產(chǎn)品研發(fā)，產(chǎn)品在國際上的市占率也在持續(xù)提升，處于第二梯隊；

國內(nèi)企業(yè)起步較晚，研發(fā)進度相比國外企業(yè)較慢，中小型襯底材料生產(chǎn)商技術處于借鑒和完善階段，屬于第三梯隊。

國內(nèi)多家廠商正在破局8英寸

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)有十余家企業(yè)與機構正在積極研發(fā)，包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進、南砂晶圓、同光股份、天科合達、科友半導體、乾晶半導體、中科院物理所、山東大學等。

賽微電子、三安光電、露笑科技等也有相關產(chǎn)能在投建中。

今年5月，天岳先進、天科合達簽約英飛凌，供貨碳化硅6英寸襯底、合作制備8英寸襯底。

6月，三安光電與意法半導體結盟升級，斥資32億美元共建8英寸碳化硅外延、芯片合資代工廠，并計劃通過三安光電全資子公司，投入70億元建設年產(chǎn)48萬片/年的8英寸碳化硅襯底。

中電化合物也宣布與韓國Power Master簽訂了長期供應8英寸在內(nèi)的碳化硅材料的協(xié)議，公司預計未來3年碳化硅產(chǎn)能將達到8萬片。

6月27日，晶盛機電宣布，已成功研發(fā)出8英寸碳化硅外延設備。在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎上，已實現(xiàn)8英寸單片式碳化硅外延生長設備的自主研發(fā)與調(diào)試，外延的厚度均勻性1.5%以內(nèi)、摻雜均勻性4%以內(nèi)。

國外布局8英寸情況

Wolfspeed在2022年4月啟用了全球第一家8英寸碳化硅晶圓廠、2023年2月宣布計劃在德國薩爾州再建8英寸碳化硅工廠，新工廠預計可于2023年上半年啟動。

Coherent在2022年3月宣布將在美國伊斯頓大規(guī)模建設近30萬平方英尺的工廠，以擴大6英寸和8英寸SiC襯底和外延晶片的生產(chǎn)。

羅姆于2009年收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal、在2015年展示了8英寸SiC襯底。在PowerUP Expo 2022上表示將于2023年開始量產(chǎn)8英寸SiC襯底產(chǎn)品。

英飛凌計劃在2023年左右開始量產(chǎn)8英寸襯底，2025年實現(xiàn)8英寸碳化硅器件的量產(chǎn)。

Soitec在2022年5月發(fā)布了首款8英寸碳化硅SmartSiC晶圓。在2022年3月啟動新晶圓廠建設計劃，用于6英寸、8英寸SmartSiC晶圓制造，預計2023年下半年建成投產(chǎn)。

意法半導體目前正積極推進碳化硅晶圓產(chǎn)線從6英寸向8英寸轉型，預計2023年8英寸碳化硅晶圓即將量產(chǎn)。

實際上現(xiàn)在僅有Wolfspeed實現(xiàn)8英寸碳化硅量產(chǎn)，而大多數(shù)國際企業(yè)則將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點定在2023年左右。

國內(nèi)8英寸SiC晶圓量產(chǎn)難點

高溫工藝關乎著SiC的良率，這也是各大SiC廠商所著力研發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)之一。

而除了與硅晶圓在生產(chǎn)工藝上有所差異以外，在SiC從6英寸向8英寸發(fā)展的過程中也存在著一些差異。

在功率半導體制造的離子注入、薄膜沉積、介質刻蝕、金屬化等環(huán)節(jié)，8英寸碳化硅與6英寸SiC的差距不大。

8英寸SiC的制造難點主要集中在襯底生長、襯底切割加工、氧化工藝。

其中，襯底生長方面，擴徑到8英寸，對襯底生長的難度會成倍增加；襯底切割加工方面，越大尺寸的襯底切割應力、翹曲的問題越顯著。

氧化工藝一直是碳化硅工藝中的核心難點，8英寸、6英寸對氣流和溫場的控制有不同需求，工藝需各自獨立開發(fā)。

目前碳化硅產(chǎn)業(yè)以6英寸為主流，占據(jù)近80%市場份額，8英寸則不到1％。

若達到成熟階段，8英寸單片的售價約為6英寸的1.5倍，且8英寸能夠生產(chǎn)的晶粒數(shù)約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，晶圓利用率會顯著提高。

6英寸SiC襯底國內(nèi)的良率大概有40%，海外大概60~70%，在8英寸方面實際進展并不如預期。

結尾：

可以看到，國際企業(yè)大多將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點定在2023年左右，但中國企業(yè)也步步緊追，目前國內(nèi)企業(yè)宣布將在2023年實現(xiàn)8英寸碳化硅襯底的小批量量產(chǎn)。

當然，“小批量量產(chǎn)”與“量產(chǎn)”是不同的，二者在良率、成本上有著本質的差別。

今年中國襯底材料行業(yè)競爭格局競爭將更加激烈且更加復雜，所以研發(fā)能力強、生產(chǎn)設備尖端，優(yōu)質企業(yè)實力逐漸提升等將是未來競爭的關鍵因素。