国产碳化硅进击8英寸，竞争将更加激烈且复杂

• 2023-07-10 15:16:37来源：Ai芯天下

8英寸是国产设备商的机遇期

今年来，国际功率半导体巨头已经频频联手国产碳化硅衬底、材料等环节企业，加速发展8英寸碳化硅。

这背后，一方面是国际龙头对国产碳化硅衬底厂商技术进步的认可，另一方面也是看中中国新能源市场机遇，寻求本地化供应。

(相关资料图)

据相关人士表示，意法半导体和三安光电在重庆建厂，正是瞄准中国的汽车市场，重庆拥有长安等车企，方便就近供应客户。

根据Yole预测，2021~2027年全球碳化硅功率器件市场规模有望从10.9亿美元增长到62.97亿美元，保持年均34％的复合增速。

其中，车规级市场是碳化硅最主要的应用场景，有望从2021年6.85亿美元增长至2027年49.86亿美元。

在新能源产业强劲需求下，全球碳化硅产业步入高速成长期，碳化硅衬底仍处于供不应求状态。

目前碳化硅衬底在功率元器件中成本占比接近50%，所以国际巨头布局碳化硅产业都在抢占8英寸先机，甚至将量产时点提前至今年。

现在6英寸向8英寸扩径的行业趋势明确，如果我们国内设备厂商仍大幅提升6英寸衬底设备产能将面临“投产即落后”的问题。

所以设备厂商在本阶段应该重点突破和布局8英寸衬底设备产能，才能实现弯道超车。

碳化硅市场竞争格局

目前而言，在碳化硅衬底市场主要分为三大梯队，行业高度集中。

据智研咨询统计，美国Wolfspeeed公司占据全球60%以上的市场份额，2015年推出8英寸碳化硅衬底，位列市场第一梯队；

其他海外领军厂商如罗姆、II-VI、意法半导体等也相继开展衬底材料业务，到2021年已具备8英寸衬底的生产能力，海外领军厂商和我国衬底行业龙头企业加快产品研发，产品在国际上的市占率也在持续提升，处于第二梯队；

国内企业起步较晚，研发进度相比国外企业较慢，中小型衬底材料生产商技术处于借鉴和完善阶段，属于第三梯队。

国内多家厂商正在破局8英寸

据不完全统计，国内有十余家企业与机构正在积极研发，包含烁科晶体、晶盛机电、天岳先进、南砂晶圆、同光股份、天科合达、科友半导体、乾晶半导体、中科院物理所、山东大学等。

赛微电子、三安光电、露笑科技等也有相关产能在投建中。

今年5月，天岳先进、天科合达签约英飞凌，供货碳化硅6英寸衬底、合作制备8英寸衬底。

6月，三安光电与意法半导体结盟升级，斥资32亿美元共建8英寸碳化硅外延、芯片合资代工厂，并计划通过三安光电全资子公司，投入70亿元建设年产48万片/年的8英寸碳化硅衬底。

中电化合物也宣布与韩国PowerMaster签订了长期供应8英寸在内的碳化硅材料的协议，公司预计未来3年碳化硅产能将达到8万片。

6月27日，晶盛机电宣布，已成功研发出8英寸碳化硅外延设备。在子公司晶瑞的8英寸衬底基础上，已实现8英寸单片式碳化硅外延生长设备的自主研发与调试，外延的厚度均匀性1.5%以内、掺杂均匀性4%以内。

国外布局8英寸情况

Wolfspeed在2022年4月启用了全球第一家8英寸碳化硅晶圆厂、2023年2月宣布计划在德国萨尔州再建8英寸碳化硅工厂，新工厂预计可于2023年上半年启动。

Coherent在2022年3月宣布将在美国伊斯顿大规模建设近30万平方英尺的工厂，以扩大6英寸和8英寸SiC衬底和外延晶片的生产。

罗姆于2009年收购德国SiC衬底和外延片供应商SiCrystal、在2015年展示了8英寸SiC衬底。在PowerUPExpo2022上表示将于2023年开始量产8英寸SiC衬底产品。

英飞凌计划在2023年左右开始量产8英寸衬底，2025年实现8英寸碳化硅器件的量产。

Soitec在2022年5月发布了首款8英寸碳化硅SmartSiC晶圆。在2022年3月启动新晶圆厂建设计划，用于6英寸、8英寸SmartSiC晶圆制造，预计2023年下半年建成投产。

意法半导体目前正积极推进碳化硅晶圆产线从6英寸向8英寸转型，预计2023年8英寸碳化硅晶圆即将量产。

实际上现在仅有Wolfspeed实现8英寸碳化硅量产，而大多数国际企业则将8英寸碳化硅衬底的量产节点定在2023年左右。

国内8英寸SiC晶圆量产难点

高温工艺关乎着SiC的良率，这也是各大SiC厂商所着力研发的关键环节之一。

而除了与硅晶圆在生产工艺上有所差异以外，在SiC从6英寸向8英寸发展的过程中也存在着一些差异。

在功率半导体制造的离子注入、薄膜沉积、介质刻蚀、金属化等环节，8英寸碳化硅与6英寸SiC的差距不大。

8英寸SiC的制造难点主要集中在衬底生长、衬底切割加工、氧化工艺。

其中，衬底生长方面，扩径到8英寸，对衬底生长的难度会成倍增加；衬底切割加工方面，越大尺寸的衬底切割应力、翘曲的问题越显著。

氧化工艺一直是碳化硅工艺中的核心难点，8英寸、6英寸对气流和温场的控制有不同需求，工艺需各自独立开发。

目前碳化硅产业以6英寸为主流，占据近80%市场份额，8英寸则不到1％。

若达到成熟阶段，8英寸单片的售价约为6英寸的1.5倍，且8英寸能够生产的晶粒数约为6英寸SiC晶圆的1.8倍，晶圆利用率会显著提高。

6英寸SiC衬底国内的良率大概有40%，海外大概60~70%，在8英寸方面实际进展并不如预期。

结尾：

可以看到，国际企业大多将8英寸碳化硅衬底的量产节点定在2023年左右，但中国企业也步步紧追，目前国内企业宣布将在2023年实现8英寸碳化硅衬底的小批量量产。

当然，“小批量量产”与“量产”是不同的，二者在良率、成本上有着本质的差别。

今年中国衬底材料行业竞争格局竞争将更加激烈且更加复杂，所以研发能力强、生产设备尖端，优质企业实力逐渐提升等将是未来竞争的关键因素。

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