碳化硅生產(chǎn)廠家 國產(chǎn)碳化硅進擊8英寸工藝節(jié)點 最佳“掘金

在新能源汽車、光伏、儲能等市場持續(xù)推動下，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)商業(yè)化持續(xù)推進，獲得國際功率半導體巨頭青睞和結(jié)盟，積極追趕更為先進的8英寸工藝節(jié)點，碳化硅產(chǎn)品價格有望步入“甜蜜點”。另一方面，碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)跑馬圈地的擴張態(tài)勢，競爭日趨激烈，甚至有頭部廠商已經(jīng)喊話碳化硅創(chuàng)業(yè)窗口期已經(jīng)接近關(guān)閉。

獲國際龍頭青睞

“在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈當中，目前國內(nèi)與國際差距最小的是碳化硅襯底，除了一些特別高端的襯底材料外，國內(nèi)襯底已可大規(guī)模出口?！北本┐髮W寬禁帶半導體研究中心主任沈波教授日前在集邦咨詢第三代半導體前沿趨勢研討會上介紹。

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(jié)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。近日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。

在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅襯底和外延片的價值量占比超過一半，并且成為決定碳化硅器件品質(zhì)的關(guān)鍵，市場由美國Wolfspeed（科銳公司）、Coherent（原貳陸公司）和日本羅姆等廠商壟斷。碳化硅襯底單晶材料可分為導電型襯底和半絕緣型襯底。其中，導電型襯底主要應用于電動汽車、新能源、儲能等碳化硅電力電子器件領(lǐng)域。

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)巨頭，進軍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(shù)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)接近三安意法半導體合資事項人士向記者透露，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)。而碳化硅襯底在功率元器件中成本占比接近50%，成為決定品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也成為國際巨頭布局碳化硅產(chǎn)業(yè)的抓手之一，紛紛搶占8英寸先機，甚至將量產(chǎn)時點提前至今年。

意法半導體此前就與Soitec合作來量產(chǎn)8英寸SiC襯底；碳化硅襯底龍頭Wolfspeed在去年、今年相繼啟動兩座8英寸碳化硅工廠；日本半導體廠商羅姆預計將于2023年開始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底；德國功率半導體廠商英飛凌計劃在2023年開始量產(chǎn)8英寸襯底，2025年量產(chǎn)8英寸碳化硅器件；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)。

業(yè)內(nèi)人士介紹，Wolfspeed和羅姆早在2015、2016年左右就已經(jīng)發(fā)布了8英寸碳化硅產(chǎn)品，但是8英寸產(chǎn)品大規(guī)模的驗證和導入是近一兩年才開始的，國內(nèi)的襯底廠家也是緊隨其后，在2022年開始相繼發(fā)布8英寸產(chǎn)品，逐步縮小與國外差距。

廠商搶占8英寸風口

“目前產(chǎn)業(yè)主流芯片技術(shù)還是6英寸技術(shù)，但美國Wolfspeed公司已開始8英寸的商業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)少數(shù)廠家可以示范或小規(guī)模供貨8英寸襯底，但還沒有形成大規(guī)模供貨能力?！鄙虿ㄖ赋?，8英寸碳化硅技術(shù)成熟度和價格相對6英寸技術(shù)還不具備競爭優(yōu)勢，發(fā)展前景關(guān)鍵看未來新能源汽車等市場的需求規(guī)模。

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)有十余家企業(yè)與機構(gòu)在研發(fā)8英寸碳化硅襯底，包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進、南砂晶圓、同光股份、中科院物理所、山東大學、天科合達、科友半導體、乾晶半導體等。

合盛硅業(yè)也在5月21日披露8英寸碳化硅襯底研發(fā)順利，已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)；晶升股份最新在投資者互動平臺上稱，近日公司已開始8英寸碳化硅長晶設備的批量生產(chǎn)。晶盛機電通過自有籽晶經(jīng)過多輪擴徑，成功生長出8英寸N型碳化硅晶體，加速大尺寸碳化硅晶體生長和加工技術(shù)自主可控。

另外，設備廠商推出兼容6英寸與8英寸設備。盛美上海并在今年3月份盛美上海宣布首次獲得Ultra C SiC碳化硅襯底清洗設備的采購訂單，該設備兼容6英寸和8英寸，每小時可達70多片晶圓的產(chǎn)能，可避免薄且易碎的碳化硅襯底的碎片。北方華創(chuàng)作為A股半導體設備巨頭，公司負責人此前出席功率及化合物半導體論壇時介紹，公司可以提供碳化硅的全套解決方案。此外，晶盛機電最新還宣布研發(fā)出具有國際先進水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設備，可兼容6、8寸碳化硅外延生產(chǎn)。

即便碳化硅產(chǎn)業(yè)當前主流仍以6英寸襯底為主，但進軍8英寸襯底被視為降低成本的關(guān)鍵之舉。上升至碳化硅器件層面，當前成本仍高于硅器件3到5倍。特別是今年3月份碳化硅旗手特斯拉倒戈，喊話未來減少75%碳化硅用量，被視為施壓供應商意法半導體降低成本之舉。而意法半導體車規(guī)級碳化硅出貨量突破1億，2022年的SiC產(chǎn)能比2020年增長了2.5倍以上，依舊供不應求。

據(jù)廣東芯聚能半導體有限公司CEO周曉陽推測，特斯拉喊話的本質(zhì)碳化硅生產(chǎn)廠家，就是出于碳化硅成本高昂、供不應求兩大背景。從下游應用層面，預計未來整車廠商需要使用到60度電以上平臺才會全面考慮使用碳化硅。

龔瑞驕向記者分析，特斯拉所提出的減少碳化硅用量可能會通過技術(shù)更新或是使用其他方案來實現(xiàn)，比如將碳化硅器件從平面型轉(zhuǎn)換為溝槽型，或是采用碳化硅器件與硅基IGBT共同封裝的方案等，來達到其預期。據(jù)預測，2022年800V的汽車市場在BEV市場的滲透率是3%， 2026年滲透率將提升到15%左右。

另外，特斯拉以技術(shù)研發(fā)降低碳化硅應用成本，將對國內(nèi)新能源汽車品牌造成更大的價格競爭壓力，倒逼國內(nèi)新能源車企尋找降低成本的替代方案，也為國內(nèi)碳化硅企業(yè)快速跟上國際碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的創(chuàng)新機遇。而襯底層面成本下降成為關(guān)鍵。

碳化硅襯底廠商以及上游材料廠商進一步介紹，相對于6英寸，8英寸的面積增加了78%左右，由于邊緣損耗減少，同等條件下從8英寸襯底切出的芯片數(shù)會提升將近90%，因此，尺寸越大晶片的利用面積也越大。據(jù)集邦預測，碳化硅6英寸市場將從2022年的107萬片成長到2026年的569萬片。同時8英寸的產(chǎn)品也在進入市場，市占率將從當前不到2%，提升至2026年15%左右。

產(chǎn)業(yè)鏈攻堅磨合

不過，襯底材料是碳化硅產(chǎn)業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，對加工工藝、原材料供應、設備磨合等各個環(huán)節(jié)考驗很高，如何實現(xiàn)8英寸襯底量產(chǎn)難關(guān)成為衡量碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要指標之一。

天科合達已經(jīng)實現(xiàn)8英寸襯底小批量出貨。天科合達負責人表示，隨著碳化硅尺寸變大，對生長溫場、襯底質(zhì)量和穩(wěn)定性有更嚴格的要求，并且還需要重點解決應力開裂、翹曲度過大等問題。

最為關(guān)鍵的是，要實現(xiàn)8英寸的碳化硅襯底價格要比6英寸更有優(yōu)勢，還需要解決襯底“厚度”這道障礙。據(jù)介天科合達負責人紹，目前6英寸襯底對應厚度是350微米，8英寸的厚度達到500微米，尺寸帶來的成本優(yōu)勢，又會因為襯底厚度大而下降。另外，規(guī)?；a(chǎn)，還需要充足的8英寸碳化硅籽晶供應，這對未來也是個挑戰(zhàn)。

“8英寸襯底市場化需要上下游通力合作，包括原材料、設備的保障，只有大家緊密協(xié)同，才能共同解決8英寸產(chǎn)業(yè)化的難題。”天科合達負責人表示。

碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)包括粉體合成、碳化硅單晶生長以及加工環(huán)節(jié)，其中，碳化硅單晶生長最為核心。在該領(lǐng)域，爍科晶體目前技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居國內(nèi)領(lǐng)先水平。2021年9月爍科晶體長出了8英寸的碳化硅單晶，2022年年初制備出8英寸碳化硅單晶襯底，2023年產(chǎn)能目標是年產(chǎn)高純晶片5萬片，N型晶片30萬片。

爍科晶體總經(jīng)理助理馬康夫介紹，當前擴產(chǎn)的瓶頸不在長晶，主要在加工環(huán)節(jié)，目前加工產(chǎn)能不能匹配晶體產(chǎn)能的擴張，有一部分原因是加工的設備國產(chǎn)化程度還不是很高，導致生產(chǎn)受交期影響。

多位碳化硅產(chǎn)業(yè)人士向記者透露，當前碳化硅產(chǎn)業(yè)中，粒子注入器設備最為緊缺，且以海外進口為主，交期往往長達12個月甚至更久。在此背景下，一些具有加工技術(shù)積累和設備資源的企業(yè)就開始布局代加工行業(yè)，如果成本控制得當，有望形成獨立的細分領(lǐng)域。

在碳化硅代工領(lǐng)域，落地廣州南沙的芯粵能項目也在迅速推進。日前芯粵能董事長肖國偉宣布，公司碳化硅晶圓芯片生產(chǎn)線已順利進入量產(chǎn)階段，各方面的測試數(shù)據(jù)良好，正陸續(xù)交付多家客戶主機廠送樣驗證。根據(jù)規(guī)劃，公司總投資75億元，分別建設年產(chǎn)24萬片6英寸、24萬片8英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線，預計今年年底前完成月產(chǎn)6英寸碳化硅芯片1萬片的產(chǎn)能建設。

芯粵能半導體總裁徐偉向記者表示，芯粵能定位以車規(guī)和工控器件作為主打，聚焦碳化硅的芯片制造和功率器件，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和技術(shù)專業(yè)化，預計在今年年底前完成月產(chǎn)1萬片的產(chǎn)能建設。

掘金窗口期收緊

雖然面臨重重障礙，但碳化硅有望突破成本障礙。

中電化合物的總經(jīng)理潘堯波在中國·南沙國際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇上介紹，公司已正式向國內(nèi)外市場供應商業(yè)化的碳化硅或氮化鎵材料，產(chǎn)品通過了車規(guī)級的驗證，預計今年車規(guī)市場將會提速，光伏、儲能等將在2025年加速滲透。

“考慮原料降價，良率的提升，以及疊加性能考慮，碳化硅有望突破成本的障礙，碳化硅MOSFET有望在2023年進入‘價格甜蜜’?！迸藞虿ū硎?，今年8月份，公司第一批8英寸碳化硅外延片將會向客戶交貨，考慮龍頭企業(yè)規(guī)劃，預計國產(chǎn)8英寸碳化硅將在2025年左右起量，并且凸顯出相對6英寸的性價比優(yōu)勢。

從投資強度來看，行家說的數(shù)據(jù)顯示，中國碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)2022年吸金超過2400億元，其中，襯底和芯片環(huán)節(jié)成為投資強度最大領(lǐng)域。另外，根據(jù)第三方數(shù)據(jù)，去年碳化硅產(chǎn)業(yè)已披露的擴產(chǎn)投資金額達到1272.63億元（不含光電），較2021年增長了36.7%。

業(yè)內(nèi)人士介紹，碳化硅襯底材料等環(huán)節(jié)的投資門檻相對較低，長晶設備已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，企業(yè)可迅速建廠、拿到融資，但持續(xù) “掘金”碳化硅賽道難度會加大，而且隨著供不應求局面緩解，最佳“掘金”窗口期正在收窄甚至步入倒計時。

馬康夫表示碳化硅生產(chǎn)廠家，碳化硅技術(shù)壁壘相對比較高，國內(nèi)頭部企業(yè)都經(jīng)歷了十年以上技術(shù)積累，碳化硅本身從長晶到加工成片需要近一個月的時間，因此，技術(shù)迭代需要較長時間。而且導入窗口期有限，碳化硅功率器件要上車，對供應鏈的要求非常嚴苛，驗證周期也比較長。

“目前來講碳化硅襯底還是供不應求的狀態(tài)，大家現(xiàn)在有機會去拓展一些客戶資源；但是待到供需平衡再去拓展客戶資源就相對比較困難了，所以現(xiàn)在各個廠家也是在快馬加鞭地擴產(chǎn)、跑馬圈地，快速拓展自己的客戶資源?！瘪R康夫表示，畢竟用戶端不會有很多精力管理很多供應商，最終只可能保留幾家穩(wěn)定供應。

整車廠商在積極跑馬圈地，從碳化硅襯底材料到芯片模塊層面，加速上車。

最新消息顯示，斯達半導與深藍汽車組建了合資公司，開展車規(guī)級功率半導體模塊合作，去年3月三安光電與理想成立合資公司，布局車用碳化硅芯片以及模塊，長城汽車聯(lián)手同光半導體，推動碳化硅材料和芯片產(chǎn)業(yè)化，另外吉利聯(lián)合芯聚能布局車規(guī)級功率半導體產(chǎn)品。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律來看，各個環(huán)節(jié)最終存活的公司數(shù)量有限。

周曉陽表示，雖然碳化硅市場的前景非常廣闊，但是碳化硅產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)的時間窗口幾近關(guān)閉，“在芯片制造、封測、外延等每個環(huán)節(jié)中，最多能好好活3至5家企業(yè)?！敝軙躁栆择R拉松為比喻，目前賽程已經(jīng)進入中段，后發(fā)者逆襲奪冠的概率很小。

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