8英寸碳化硅時代已來?全球超30家SiC廠商進度一覽

作者 | 發(fā)布日期 2024 年 11 月 04 日 14:16 | 分類 產(chǎn)業(yè)

在當前的全球碳化硅市場,8英寸無疑已成為熱度最高的話題之一。8英寸碳化硅的含金量,正在伴隨著終端應(yīng)用的降本需求持續(xù)增強而不斷上漲。

TrendForce集邦咨詢認為,碳化硅從6英寸升級到8英寸,襯底的加工成本有所增加,但可以提升芯片產(chǎn)量,8英寸能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為6英寸碳化硅晶圓的1.8倍,向8英寸轉(zhuǎn)型,是降低碳化硅器件成本的可行之法。同時,8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀,減少邊緣翹曲度,降低缺陷密度,從而提升良率,采用8英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。

近年來,受益于新能源汽車、光儲充等產(chǎn)業(yè)火熱發(fā)展,碳化硅功率器件市場規(guī)模逐年擴大,并將保持較快增速。TrendForce集邦咨詢最新《2024全球SiC Power Device市場分析報告》顯示,盡管純電動汽車(BEV)銷量增速的明顯放緩已經(jīng)開始影響到碳化硅供應(yīng)鏈,但作為未來電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向,碳化硅在汽車、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應(yīng)用市場中仍然呈現(xiàn)加速滲透之勢,未來幾年整體市場需求將維持增長態(tài)勢,預估2028年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望達到91.7億美元(約648億人民幣)。

全球碳化硅功率器件市場規(guī)模

在碳化硅大批量導入各類應(yīng)用場景的規(guī)模效應(yīng)之下,降本對于各大廠商乃至整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義將得到凸顯,而8英寸碳化硅正是為降本增效而生。

在此背景下,碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商,包括材料(襯底/外延)、芯片/模塊、設(shè)備等各路玩家紛紛出手,劍指8英寸碳化硅,共同推動了8英寸賽道的風起云涌。在本文中,集邦化合物半導體將對全球碳化硅相關(guān)廠商在8英寸領(lǐng)域的最新進展進行匯總與淺析,為讀者勾勒出8英寸碳化硅發(fā)展現(xiàn)狀與未來走向。

材料端:本土玩家圍攻國際大廠

作為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上游和源頭,材料性能、良率等決定了中游器件環(huán)節(jié)和下游應(yīng)用能否滿足市場需求,基于此,國內(nèi)外眾多碳化硅廠商在8英寸碳化硅材料細分領(lǐng)域加快了研發(fā)與擴產(chǎn)腳步。

Wolfspeed

部分國際廠商在碳化硅領(lǐng)域擁有先發(fā)優(yōu)勢,在8英寸轉(zhuǎn)型方面動作較快。作為碳化硅襯底的先驅(qū)和市場領(lǐng)導者,Wolfspeed在全球范圍內(nèi)率先推出了8英寸碳化硅襯底,時間是在2015年。

國際廠商8英寸碳化硅襯底/外延布局

為推進8英寸碳化硅襯底量產(chǎn)及商業(yè)化,Wolfspeed斥資50億美元(約353億人民幣)在美國北卡羅萊納州查塔姆縣新建了一座工廠,主要生產(chǎn)8英寸碳化硅單晶襯底,預計2025年上半年開始生產(chǎn)。通過該工廠,Wolfspeed將實現(xiàn)8英寸碳化硅襯底的批量供應(yīng),并大幅提高碳化硅襯底產(chǎn)量,可達10倍。

羅姆

羅姆在碳化硅領(lǐng)域已有20多年開發(fā)歷史,也是較早開始研發(fā)8英寸碳化硅襯底的廠商之一,與Wolfspeed一樣,羅姆也在2015年推出了8英寸碳化硅襯底。

去年7月,羅姆宣布計劃在2024年末開始在其位于日本宮崎縣的第二工廠生產(chǎn)8英寸碳化硅襯底,即藍碧石半導體宮崎第二工廠,該工廠原本是太陽能技術(shù)公司Solar Frontier的原國富工廠。

Coherent

作為碳化硅襯底頭部廠商之一,Coherent(原名II-VI)同樣在2015年展示了8英寸導電型碳化硅襯底,2019年又推出了半絕緣型8英寸碳化硅襯底。

今年10月,Coherent宣布推出其8英寸碳化硅外延片,目前其可出貨的產(chǎn)品為350μm和500μm的襯底和外延片產(chǎn)品。Coherent表示,新的8英寸碳化硅外延片采用尖端的厚度和摻雜均勻性設(shè)計,樹立了新的行業(yè)標準。

Soitec

在碳化硅襯底技術(shù)方面有獨到之處的Soitec在2022年5月發(fā)布了8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品,其在法國伯寧的新工廠已于2023年10月落成,計劃用于6英寸、8英寸SmartSiC晶圓制造。初期,該新工廠主要生產(chǎn)6英寸碳化硅晶圓,計劃從2024年開始遷移到8英寸晶圓。

基于SmartSiC技術(shù),Soitec分別和意法半導體、Resonac(原昭和電工)合作開發(fā)碳化硅襯底制造技術(shù),目標均為采用Soitec的SmartSiC技術(shù)制造未來的8英寸碳化硅襯底。

住友金屬

今年9月,住友金屬礦山株式會社(以下簡稱:住友金屬)及其全資子公司Sicoxs Coparation宣布,將在Sicoxs的Ohkuchi工廠建設(shè)一條新的8英寸SiCkrest大規(guī)模生產(chǎn)線,SiCkrest為直接鍵合的碳化硅襯底。目前,住友金屬8英寸SiCkrest碳化硅襯底已開始向客戶發(fā)送樣品進行認證。

據(jù)悉,SiCkrest使用一種獨特的鍵合技術(shù)來創(chuàng)建兩層晶片,通過在低電阻多晶碳化硅支撐基板上鍵合一層高質(zhì)量的單晶碳化硅薄層,這些產(chǎn)品能夠在保持單晶碳化硅特性的同時,實現(xiàn)整個基板的低電阻和減少電流衰減。

Resonac(原昭和電工)

Resonac在外延領(lǐng)域進展較快,據(jù)日媒此前報道,Resonac的8英寸碳化硅外延片品質(zhì)已經(jīng)達到了6英寸產(chǎn)品的同等水平。目前,其正在通過提高生產(chǎn)效率來降低成本,樣品評估已經(jīng)進入商業(yè)化的最后階段,預計一旦成本優(yōu)勢超過6英寸產(chǎn)品,Resonac就會開始轉(zhuǎn)型生產(chǎn)8英寸產(chǎn)品。

與此同時,Resonac子公司Resonac Corporation已開始在日本山形縣東根市的山形工廠建造碳化硅晶圓(襯底及外延)新生產(chǎn)大樓,奠基儀式已于9月12日舉行。該新工廠預計將于2025年第三季度完工?;诖藬U產(chǎn)項目,Resonac將在2025年開始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底。

日本礙子

同在9月,日本礙子株式會社(NGK)在其官網(wǎng)宣布,已成功制備出直徑為8英寸的SiC襯底。

日本礙子表示,減少SiC襯底中的BPD是提高SiC功率器件產(chǎn)量和可靠性的重要手段。其開發(fā)出了一種工藝,利用其陶瓷加工技術(shù)在多個襯底上生長具有低BPD密度的4H-SiC晶體。

國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)起步較晚,整體上與國際先進水平尚有一定的差距,但在國內(nèi)新能源汽車、光儲充、軌道交通、工業(yè)等終端應(yīng)用需求的推動下,國內(nèi)碳化硅廠商如沐春風,群雄并起,正在加速追趕國際大廠,尤其是在襯底/外延細分領(lǐng)域,本土企業(yè)已大有與國際知名廠商分庭抗禮之勢。

國內(nèi)廠商8英寸碳化硅襯底/外延布局

天科合達

作為國內(nèi)碳化硅襯底頭部廠商之一,天科合達在2022年研發(fā)成功并發(fā)布了8英寸導電型碳化硅襯底,截至目前,天科合達已經(jīng)實現(xiàn)了8英寸碳化硅襯底的小批量量產(chǎn),并且在下游客戶端驗證方面取得了積極進展。

當前,天科合達有多個碳化硅襯底項目正在推進中,在今年8月最新披露的項目中,其8英寸導電型碳化硅襯底年產(chǎn)能達13.5萬片。

天岳先進

作為國內(nèi)最早從事碳化硅襯底制備的企業(yè)之一,天岳先進在2012年突破了2英寸碳化硅技術(shù),2015年開始量產(chǎn)4英寸碳化硅襯底,2017年進一步實現(xiàn)了6英寸碳化硅技術(shù)的突破,并在2022年通過自主擴徑實現(xiàn)了高品質(zhì)8英寸碳化硅襯底的制備,在此基礎(chǔ)上,天岳先進已在2023年實現(xiàn)8英寸碳化硅襯底的小批量銷售。

與此同時,天岳先進不斷進行8英寸產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新,推進包括導電型碳化硅用粉料高效合成、高質(zhì)量導電型碳化硅晶體生長、高效碳化硅拋光、8英寸寬禁帶碳化硅半導體單晶生長及襯底加工關(guān)鍵技術(shù)等研發(fā)項目。天岳先進目前能夠以PVT法批量制備8英寸襯底,是國際上較少掌握了液相法制備技術(shù)的企業(yè)之一。

過去十多年來,天岳先進一直保持高強度的研發(fā)投入。2020年以來,其研發(fā)費用率始終維持在10%以上,2022年達到了30.6%。

今年7月,天岳先進發(fā)布公告稱,其擬以簡易程序向特定對象發(fā)行股票,募集資金總額不超過3億元(含本數(shù)),扣除相關(guān)發(fā)行費用后的募集資金凈額將用于投資8英寸車規(guī)級碳化硅襯底制備技術(shù)提升項目。由此可見,天岳先進將在8英寸襯底技術(shù)研發(fā)方面持續(xù)加大投入,強化自身優(yōu)勢。

三安光電

近年來,三安光電通過其全資子公司湖南三安全面發(fā)力碳化硅領(lǐng)域。在6英寸碳化硅襯底已實現(xiàn)向國內(nèi)外客戶批量出貨的基礎(chǔ)上,湖南三安在2024年已完成8英寸襯底外延工藝調(diào)試并向重點海外客戶送樣驗證。

與此同時,三安光電持續(xù)加碼8英寸襯底產(chǎn)能,為推進其與意法半導體合資建設(shè)的8英寸碳化硅器件廠項目落地實施,三安光電獨立投資70億元配套建設(shè)一座8英寸碳化硅襯底廠,專業(yè)從事碳化硅晶圓生長、襯底制造,規(guī)劃年產(chǎn)8英寸碳化硅襯底達48萬片。近期,該8英寸碳化硅襯底廠已點亮通線。

科友半導體

科友半導體在今年9月成功實現(xiàn)8英寸高品質(zhì)碳化硅襯底的批量制備,通過優(yōu)化電阻爐溫場、引入緩沖層優(yōu)化長晶工藝、優(yōu)化原料區(qū)域溫度分布,發(fā)揮了電阻加熱式PVT法碳化硅單晶穩(wěn)定生長的優(yōu)勢。

檢測表明,科友半導體8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品總腐蝕坑密度控制在2000個cm-2左右,TSD與BPD位錯缺陷密度得到有效降低,占同期產(chǎn)出襯底的比例在八成以上。

科友半導體曾在今年3月與俄羅斯N公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,開展“八英寸碳化硅完美籽晶”項目合作。通過與俄羅斯N公司的合作,科友半導體將研發(fā)獲得“無微管,低位錯”完美籽晶,應(yīng)用品質(zhì)優(yōu)異的籽晶進行晶體生長,會進一步大幅降低八英寸碳化硅晶體內(nèi)部的微管、位錯等缺陷密度,從而提高晶體生長的質(zhì)量和良率。

南砂晶圓

早在2022年9月,南砂晶圓就聯(lián)合山東大學成功實現(xiàn)8英寸導電型4H-SiC單晶和襯底的制備,采用物理氣相傳輸法(PVT)擴徑制備了8英寸導電型4H-SiC單晶,并加工成厚度為520μm的8英寸4H-SiC襯底。

而在今年6月,南砂晶圓8英寸碳化硅單晶和襯底項目正式投產(chǎn),意味著南砂晶圓已具備8英寸碳化硅襯底量產(chǎn)能力,該項目規(guī)劃打造全國最大的8英寸碳化硅襯底生產(chǎn)基地,計劃于2025年實現(xiàn)滿產(chǎn)達產(chǎn)。

世紀金芯

今年2月,世紀金芯8英寸碳化硅加工線正式貫通并進入小批量生產(chǎn)階段。世紀金芯開發(fā)的8英寸SiC單晶生長技術(shù)可重復生長出4H晶型100%、直徑大于200mm、厚度超過10mm的晶體。

在8英寸碳化硅襯底技術(shù)研發(fā)方面取得突破的基礎(chǔ)上,世紀金芯在4月與日本某客戶簽訂碳化硅襯底訂單。按照協(xié)議約定,世紀金芯將于2024年、2025年、2026年連續(xù)三年向該客戶交付8英寸碳化硅襯底共13萬片,訂單價值約2億美元(約14.22億人民幣)。

合盛硅業(yè)

合盛硅業(yè)6英寸襯底和外延片已得到國內(nèi)多家下游器件客戶的驗證,并順利開發(fā)了日韓、歐美客戶?;?英寸的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗,合盛硅業(yè)8英寸碳化硅襯底研發(fā)進展順利,并實現(xiàn)了樣品的產(chǎn)出,目前正在推進8英寸襯底的量產(chǎn)。

青禾晶元

今年4月,青禾晶元通過技術(shù)創(chuàng)新,在碳化硅鍵合襯底的研發(fā)上取得重要進展,在國內(nèi)率先成功制備了8英寸碳化硅鍵合襯底。

據(jù)悉,碳化硅鍵合襯底技術(shù)可以將高、低質(zhì)量碳化硅襯底進行鍵合集成,有效利用低質(zhì)量長晶襯底,與長晶技術(shù)一同推進碳化硅材料成本的降低。半導體異質(zhì)集成技術(shù)可以提高碳化硅良率,而青禾晶元是國內(nèi)少數(shù)幾家使用該技術(shù)大幅提高碳化硅良率的公司之一,極具市場稀缺性。

粵海金

粵海金在去年11月宣布,其在自主研制的碳化硅單晶生長爐上成功制備出直徑超過205毫米的8英寸導電型碳化硅晶體,晶體表面光滑無缺陷,厚度超過20毫米,同時已經(jīng)順利加工出8英寸碳化硅襯底片。

而在外延領(lǐng)域,天域半導體、瀚天天成、百識電子、??瓢雽w等廠商都已具備8英寸碳化硅外延片量產(chǎn)能力。由此可見,國內(nèi)已有不少碳化硅廠商正在全面發(fā)力8英寸碳化硅材料,并或多或少取得了一定的成果。

據(jù)集邦化合物半導體不完全統(tǒng)計,國內(nèi)已有十多家企業(yè)已涉足8英寸碳化硅材料細分賽道,且都取得了一定的進展,部分廠商正處于研發(fā)階段,部分廠商8英寸碳化硅襯底/外延已出樣,還有部分玩家已具備量產(chǎn)能力,正在尋求出貨機會。

盡管國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)起步較晚,甚至有很多企業(yè)是近幾年新成立的初創(chuàng)公司,沒有部分國際大廠數(shù)十年的深厚技術(shù)積淀,但國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學研協(xié)作之風盛行,部分碳化硅材料初創(chuàng)企業(yè)通過與高校、科研機構(gòu)進行技術(shù)合作,一躍成為碳化硅材料領(lǐng)域“小巨人”。

近年來,國內(nèi)廠商在8英寸碳化硅襯底/外延領(lǐng)域的快速突破是有目共睹的,也為未來實現(xiàn)國產(chǎn)替代甚至進軍國際市場打下了良好的基礎(chǔ)。

多位行業(yè)人士均表示,國內(nèi)碳化硅企業(yè)特別是在襯底制備領(lǐng)域,國內(nèi)襯底企業(yè)的6英寸以及8英寸產(chǎn)品,無論是從產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)能還是價格,都已經(jīng)具備了明顯的競爭力。預計未來幾年,國內(nèi)頭部襯底企業(yè)將成為國際市場8英寸襯底的主要供應(yīng)商,市場占比遠超目前的6英寸。

器件端:國際巨頭商用在即,本土廠商加速追趕

在8英寸碳化硅襯底/外延細分領(lǐng)域,國內(nèi)廠商進步較快,已具備與國際大廠爭奪市場需求的實力,但在器件端,本土廠商整體與國際對手們差距較大。目前,意法半導體、英飛凌、安森美等正在加速推進商用進程,而部分國內(nèi)廠商正在加緊追趕。

全球廠商8英寸碳化硅功率器件布局

Wolfspeed

作為全球碳化硅襯底龍頭,Wolfspeed在器件領(lǐng)域也占據(jù)了先發(fā)優(yōu)勢。Wolfspeed位于美國紐約的莫霍克谷工廠是全球首家且最大的8英寸碳化硅器件工廠。今年6月官方表示,莫霍克谷8英寸碳化硅晶圓工廠的利用率達到了20%。在此基礎(chǔ)上,Wolfspeed莫霍克谷器件工廠已向中國終端客戶批量出貨碳化硅MOSFET。

Wolfspeed披露的信息表明,莫霍克谷工廠的8英寸碳化硅晶圓制造成本明顯低于其旗下達勒姆6英寸碳化硅晶圓廠。為進一步降低成本、加速8英寸轉(zhuǎn)型,Wolfspeed計劃關(guān)閉達勒姆工廠。

意法半導體

近年來,意法半導體加速拓展車用碳化硅業(yè)務(wù),已先后與汽車Tier-1廠商采埃孚、新能源車企理想汽車等達成碳化硅器件供貨協(xié)議。為提升競爭力,實現(xiàn)更大發(fā)展,意法半導體計劃在2025年將碳化硅產(chǎn)品全面升級為8英寸。

為保障8英寸產(chǎn)能,意法半導體與三安光電合資在重慶建設(shè)8英寸碳化硅器件廠,預計今年11月底將整體通線,2025年完成階段性建設(shè)并逐步投產(chǎn),2028年達產(chǎn),規(guī)劃達產(chǎn)后生產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓1萬片/周。

此外,意法半導體將于意大利西西里島卡塔尼亞投資50億歐元(約386億人民幣)新建一座8英寸碳化硅超級半導體晶圓廠,新工廠計劃于2026年投產(chǎn)。

英飛凌

目前,在碳化硅功率器件應(yīng)用規(guī)模最大的新能源汽車市場,英飛凌已經(jīng)將小米、零跑等知名廠商發(fā)展成為合作伙伴。在同行們紛紛進軍8英寸賽道時,英飛凌自然也有相關(guān)動作。

今年8月,英飛凌宣布其位于馬來西亞居林的8英寸碳化硅功率半導體晶圓廠一期項目正式啟動運營,預計2025年可實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上,未來五年英飛凌將追加投資50億歐元大幅擴建居林第三工廠(Module Three)的二期建設(shè),致力于將該工廠打造成為全球最大且最具競爭力的8英寸碳化硅功率半導體晶圓廠。

安森美

在新能源汽車市場,安森美已與極氪、理想、大眾等廠商簽署了碳化硅產(chǎn)品相關(guān)協(xié)議,在車用碳化硅領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。

基于供貨需求的持續(xù)增長,安森美位于韓國富川的碳化硅晶圓廠于2023年完成擴建,計劃于2025年完成相關(guān)技術(shù)驗證后過渡到8英寸生產(chǎn),屆時產(chǎn)能將擴大到當前規(guī)模的10倍。此外,安森美宣布將在捷克共和國建造先進的垂直整合碳化硅制造工廠。

羅姆

在功率半導體領(lǐng)域有較深厚積累的羅姆,也將目光瞄準了中國新能源汽車市場,并在今年7月與長城汽車旗下芯動半導體簽署了以碳化硅為核心的車載功率模塊戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議。

產(chǎn)能方面,羅姆目前在日本擁有四個基于碳化硅的功率半導體生產(chǎn)基地,分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠和長濱工廠以及宮崎第一工廠。2020年末,羅姆在日本福岡縣筑后工廠建設(shè)了碳化硅新廠房,已于2022年開始量產(chǎn)6英寸晶圓,后續(xù)可以切換為8英寸晶圓產(chǎn)線。在PCIM Asia 2024國際電力元件、可再生能源管理展覽會上,羅姆相關(guān)人員表示,預計在2025年量產(chǎn)八英寸碳化硅晶圓。

三菱電機

近年來,三菱電機持續(xù)加大碳化硅領(lǐng)域布局力度。其在2023年10月已確定向Coherent獨立運營碳化硅業(yè)務(wù)的子公司投資5億美元,隨后在當年12月發(fā)行300億日元額度的綠色債券,籌集資金將用于三菱電機的碳化硅功率半導體制造的設(shè)備投資、研發(fā)以及投融資。

為響應(yīng)強勁的市場需求,三菱電機位于熊本縣正在建設(shè)的8英寸碳化硅晶圓廠將提前開始運營。該工廠的運作日期從2026年4月變更為2025年11月,運營時間提前了約5個月。

富士電機

在碳化硅加速“上車”趨勢下,富士電機順勢推出了碳化硅模塊產(chǎn)品。

為順應(yīng)8英寸潮流,富士電機宣布在未來三年(2024至2026財年)投資2000億日元用于碳化硅功率半導體的生產(chǎn),包括在松本工廠(位于長野縣松本市)新建一條生產(chǎn)線。這產(chǎn)線預計將在2027年投入運營,生產(chǎn)使用8英寸大型晶圓的碳化硅功率半導體。

國際大廠8英寸碳化硅晶圓產(chǎn)線建設(shè)正在如火如荼的進行中,國內(nèi)也有部分廠商在8英寸碳化硅器件方面進展較快,相關(guān)項目在今年年底到明年進入投產(chǎn)階段。但在投建8英寸項目的廠商數(shù)量、投資規(guī)模、規(guī)劃產(chǎn)能等方面,國內(nèi)碳化硅器件廠商與國際巨頭尚有一定的差距,未來需要全面加大投入力度。

士蘭微

今年5月,士蘭微8英寸碳化硅功率器件項目簽約落地福建省廈門市海滄區(qū)。一個月后的6月18日,該項目在廈門市海滄區(qū)正式開工。目前,該項目已進入土方工程收尾階段,一期項目預計將于2025年三季度末初步通線,四季度試生產(chǎn)。

士蘭微8英寸碳化硅功率器件項目總投資120億元,分兩期建設(shè),其中,一期項目總投資70億元,達產(chǎn)后年產(chǎn)42萬片8英寸碳化硅功率器件芯片。兩期全部建成投產(chǎn)后,將形成年產(chǎn)72萬片8英寸碳化硅功率器件芯片的生產(chǎn)能力。

芯聯(lián)集成

芯聯(lián)集成擁有一條8英寸碳化硅晶圓試驗線,其8英寸碳化硅晶圓工程批已于今年4月20日下線,計劃今年四季度開始正式向客戶送樣,2025年進入規(guī)模量產(chǎn)。

截至2023年12月,芯聯(lián)集成6英寸碳化硅MOSFET產(chǎn)線已實現(xiàn)月產(chǎn)出5000片以上。2024年下半年,預計芯聯(lián)集成碳化硅產(chǎn)品的出貨量將從當前的每月5000至6000片提升至10000片,相應(yīng)的收入有望超10億元。8英寸有望成為芯聯(lián)集成新的業(yè)績增長點。

方正微電子

方正微電子當前有兩個Fab。其中,F(xiàn)ab1已實現(xiàn)6英寸碳化硅晶圓9000片/月的生產(chǎn)能力,到2024年底,這一數(shù)字預計將增長至每月1.4萬片。

而Fab2的8英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線預計將于2024年底通線,長遠規(guī)劃產(chǎn)能為6萬片/月。

目前來看,2025年將是意法半導體、英飛凌、安森美、羅姆等國際功率器件大廠量產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓的關(guān)鍵年,而國內(nèi)士蘭微、方正微等少數(shù)企業(yè)也有望在2025年在8英寸碳化硅晶圓量產(chǎn)方面取得一定的進展。

設(shè)備端:國際大廠持續(xù)出貨,本土企業(yè)多點開花

與器件端相比,本土廠商在8英寸碳化硅設(shè)備方面頻傳喜訊,發(fā)展形勢一片大好。在愛思強等國際廠商不斷簽單出貨的同時,國內(nèi)碳化硅設(shè)備廠商在技術(shù)研發(fā)和市場拓展等方面持續(xù)突破。

全球廠商8英寸碳化硅設(shè)備布局

愛思強

早在2022年,愛思強就發(fā)布了G10-SiC設(shè)備,該設(shè)備支持8英寸碳化硅晶圓生產(chǎn),并已成為愛思強業(yè)績發(fā)展的一大強勁增長引擎。

Wolfspeed在2023年Q3-Q4期間與愛思強簽訂了多個G10-SiC設(shè)備訂單。愛思強G10-SiC設(shè)備為Wolfspeed 8英寸材料工廠John Palmour碳化硅制造中心提供支持,助力Wolfspeed進一步加大、加快8英寸碳化硅晶圓的生產(chǎn)。

今年7月愛思強曾表示,在上半年市場整體表現(xiàn)疲弱的情況下,其G10產(chǎn)品系列驅(qū)動公司訂單需求增長。7月16日,愛思強宣布安世半導體訂購了其用于8英寸碳化硅量產(chǎn)的新型G10-SiC設(shè)備。

ASM

今年10月,在首屆灣芯展(SEMiBAY 2024)期間,ASM最新推出了適用于碳化硅外延的新型雙腔機臺PE2O8。該機臺采用獨立雙腔設(shè)計,兼容6英寸和8英寸晶圓,可實現(xiàn)增加產(chǎn)量的同時,降低成本。

目前,ASM已向全球多家碳化硅功率器件制造商交付了PE2O8機臺,助力客戶逐漸從6英寸晶圓向8英寸過渡。

晶升股份

8月7日,晶升股份在投資者互動平臺表示,其第一批8英寸碳化硅長晶設(shè)備已于2024年7月在重慶完成交付。這意味著晶升股份8英寸碳化硅長晶設(shè)備已完成驗證,開啟了批量交付進程。

在8英寸轉(zhuǎn)型趨勢下,晶升股份正在全面布局8英寸碳化硅產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備,除了長晶設(shè)備外,晶升股份針對外延、切片等工藝流程也在設(shè)備方面取得了一定進展。

晶盛機電

晶盛機電今年3月在SEMICON China 2024上海國際半導體展期間發(fā)布了8英寸雙片式碳化硅外延設(shè)備、8英寸碳化硅量測設(shè)備等8英寸碳化硅設(shè)備,意味著晶盛機電正在從長晶、檢測等環(huán)節(jié)加大8英寸碳化硅設(shè)備細分領(lǐng)域布局力度。

在設(shè)備研發(fā)基礎(chǔ)上,晶盛機電正在建設(shè)實施年產(chǎn)25萬片6英寸及5萬片8英寸碳化硅襯底的產(chǎn)業(yè)化項目。

高測股份

高測股份在2021年首次將金剛線切割技術(shù)引入碳化硅材料切割。2022年底,高測股份推出適用于8英寸碳化硅襯底切割的碳化硅金剛線切片機,將金剛線切割技術(shù)引入8英寸碳化硅領(lǐng)域,對比砂漿切割產(chǎn)能提升118%,成本降低26%。

去年11月,高測股份8英寸碳化硅金剛線切片機獲得新訂單,基本覆蓋新增8英寸金剛線切片產(chǎn)能需求。而在今年3月,高測股份8英寸半導體金剛線切片機再簽新訂單,設(shè)備交付后將發(fā)往歐洲某半導體企業(yè),這是高測股份半導體設(shè)備收獲的首個海外客戶。

優(yōu)睿譜

優(yōu)睿譜已研制出6/8寸碳化硅襯底位錯、微管檢測設(shè)備SICD200,6/8寸碳化硅襯底邊緣、宏觀缺陷檢測設(shè)備SICE200,6/8寸硅/碳化硅晶圓襯底及同質(zhì)外延片電阻率(載流子濃度)測量設(shè)備SICV200,6/8寸硅/碳化硅晶圓元素濃度與外延膜厚量測設(shè)備Eos200/Eos200+等各類碳化硅檢測設(shè)備。

目前,優(yōu)睿譜旗下多款8英寸碳化硅相關(guān)設(shè)備已獲得客戶訂單,正在持續(xù)供貨中。

優(yōu)晶科技

今年6月,據(jù)優(yōu)晶科技官微披露,其8英寸電阻法碳化硅單晶生長設(shè)備獲行業(yè)專家認可,成功通過技術(shù)鑒定評審。鑒定委員會認為,優(yōu)晶科技8英寸電阻法碳化硅晶體生長設(shè)備及工藝成果技術(shù)難度大,創(chuàng)新性強,突破了國內(nèi)大尺寸晶體生長技術(shù)瓶頸,擁有自主知識產(chǎn)權(quán),經(jīng)濟效益顯著。

優(yōu)晶科技專注于大尺寸(6英寸及以上)導電型碳化硅晶體生長設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)及銷售。該公司于2019年成功研制出6英寸電阻法碳化硅單晶生長設(shè)備,目前已推出至第四代機型,也適用于8英寸量產(chǎn)。

連科半導體

連科半導體也正在發(fā)力碳化硅長晶設(shè)備。今年5月,連科半導體發(fā)布新一代8英寸碳化硅長晶爐,正式實現(xiàn)了大尺寸碳化硅襯底設(shè)備的供應(yīng)。

作為連科半導體母公司,連城數(shù)控2023年在8英寸碳化硅感應(yīng)爐、碳化硅退火爐設(shè)備及工藝上取得了一定的突破。

目前,國內(nèi)部分碳化硅廠商正在積極研發(fā)8英寸碳化硅設(shè)備,還有部分廠商相關(guān)產(chǎn)品已進入商業(yè)化階段,并獲得了國內(nèi)外客戶訂單,已經(jīng)對國際廠商碳化硅設(shè)備業(yè)務(wù)形成了一定的挑戰(zhàn),未來有望持續(xù)蠶食國際對手們的市場份額。

8英寸大規(guī)模應(yīng)用尚需時日

從材料端來看,國內(nèi)外眾多碳化硅廠商都已成功制備出8英寸襯底,不少廠商甚至已經(jīng)具備了量產(chǎn)能力或已經(jīng)小批量出貨,似乎8英寸時代已然來臨,但事實并非如此。

目前,6英寸碳化硅襯底仍然是襯底市場的絕對主力,正在持續(xù)大規(guī)模出貨,而部分廠商的8英寸試產(chǎn)或小批量量產(chǎn)與6英寸的大規(guī)模應(yīng)用在良率、成本等方面有著本質(zhì)的差別,8英寸的起量仍然有較大阻力。

8英寸碳化硅襯底的第一個技術(shù)難點是籽晶,雖然可以用激光切割然后拼接的方法來制作籽晶,但拼接位置的缺陷幾乎難以去除,可以做晶體生長基礎(chǔ)研究,無法用于大規(guī)模量產(chǎn)。量產(chǎn)用的籽晶還是需要慢慢的擴出來,在擴的過程中保留品質(zhì)好的晶體進行優(yōu)選繁衍,這個過程是非常耗時的,沒有好的籽晶就不可能繁衍出好的晶體。

除了生長8英寸碳化硅單晶技術(shù)方面的挑戰(zhàn),目前產(chǎn)業(yè)界在磨拋等后道工序也存在技術(shù)難點。目前,主要是通過單面磨削和化學機械拋光的方式實現(xiàn)大尺寸碳化硅襯底的磨拋加工,但是較低的良率以及加工效率是其亟待解決的難題,當前業(yè)內(nèi)8英寸碳化硅襯底磨拋良率僅為40-50%。

值得一提的是,國內(nèi)中機新材等廠商已在碳化硅晶圓研磨拋光應(yīng)用領(lǐng)域取得一定的技術(shù)突破,并將團聚金剛石研磨材料等產(chǎn)品引入了天岳先進、南砂晶圓、同光股份等襯底廠商旗下產(chǎn)線,有助于推動8英寸碳化硅襯底量產(chǎn)進程。

價格也是影響8英寸起量的一個重要因素。近期據(jù)市場消息,今年國內(nèi)主流6英寸碳化硅襯底報價參照國際市場每片750-800美元的價格,價格跌幅近三成。TrendForce集邦咨詢分析師曾指出,這幾年間,隨著中國廠商進入到整個碳化硅市場競爭之中,更是加速了整個碳化硅市場襯底價格的下降。

針對價格變化現(xiàn)象,天岳先進董事長、總經(jīng)理宗艷民稱,碳化硅襯底價格會下降,這一方面是由于技術(shù)的提升和規(guī)?;?yīng)推動襯底成本的下降;另一方面,目前碳化硅襯底價格比硅襯底高,而價格下降有助于下游應(yīng)用的擴展,推動碳化硅更加廣闊的滲透應(yīng)用。

隨著6英寸碳化硅襯底價格持續(xù)下滑,碳化硅確實會向更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域進行滲透,但也在一定程度上延緩了8英寸襯底的應(yīng)用滲透與市場份額提升。外延與襯底相輔相成,只有8英寸襯底開始大規(guī)模量產(chǎn),外延產(chǎn)品才會隨之起量。

從器件端來看,除Wolfspeed已實現(xiàn)8英寸碳化硅器件商用外,得益于在6英寸碳化硅器件方面的積淀,意法半導體、英飛凌、安森美等巨頭都將在2025年完成8英寸碳化硅晶圓廠投產(chǎn)。

從技術(shù)方面來看,在功率半導體制造的離子注入、薄膜沉積、介質(zhì)刻蝕、金屬化等環(huán)節(jié),8英寸碳化硅與6英寸碳化硅的差距不大。在6英寸碳化硅器件制造方面擁有成熟技術(shù)的部分國際廠商,將更快完成8英寸碳化硅器件項目的落地實施。

目前,國際大廠均相當重視碳化硅器件技術(shù)研發(fā),例如:意法半導體近期官宣推出第四代STPOWER碳化硅MOSFET技術(shù),持續(xù)的技術(shù)升級迭代帶來了更好的性能和更高的效率,也有利于推進8英寸器件的商用進程。

從設(shè)備端來看,完整的碳化硅產(chǎn)線涉及各類設(shè)備,每一個類別的設(shè)備都有廣闊的應(yīng)用空間,給了設(shè)備廠商更多機會,競爭情況反而沒有襯底、器件細分賽道那般激烈。隨著8英寸襯底、器件相關(guān)項目陸續(xù)落地實施,又給設(shè)備廠帶來了一大波紅利。

愛思強等國際設(shè)備廠商較早推出了8英寸碳化硅設(shè)備,并已大批量出貨,目前正在持續(xù)簽單,而國內(nèi)廠商在長晶、切磨拋、量測等設(shè)備方面正在全面發(fā)力,并都或多或少取得了一些進展,有望在8英寸轉(zhuǎn)型浪潮中占據(jù)一席之地。

TrendForce集邦咨詢研究數(shù)據(jù)表明,目前8英寸的產(chǎn)品市占率不到2%,并預測2027年市場份額將成長到20%左右。這意味著8英寸碳化硅產(chǎn)品仍然需要一定的時間贏得市場和用戶認可,并逐步替代6英寸成為產(chǎn)業(yè)新的主角。(文:集邦化合物半導體Zac)

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