八英寸SiC，開始沖刺

　　隨著近期的市場需求下滑，晶圓代工成熟制程產(chǎn)能松動。有大陸晶圓代工廠開出*槍，以8 英寸晶圓為主進行降價，降價幅度大概在一成上下，原因是避免產(chǎn)能利用率大幅滑落。

　　8英寸晶圓生產(chǎn)的主流產(chǎn)品包括顯示驅(qū)動、CIS(CMOS圖像傳感器)、電源管理芯片、分立器件(含MOSFET、IGBT)、指紋識別芯片、觸控芯片等產(chǎn)品，另外MCU、車規(guī)半導體等嚴重缺貨的芯片產(chǎn)品，也落在了8英寸晶圓領域，自此8英寸晶圓成為諸多代工廠商的逐利熱點。

　　如今消費電子需求降溫，芯片市場也呈現(xiàn)供應過剩的局面，如何進一步發(fā)展，成為擺在代工廠商面前的新課題。面臨生存的困境除了通過外延并購或內(nèi)部投資擴大經(jīng)營規(guī)模也出現(xiàn)了一批通過放棄追逐先進制程，向特色工藝與化合物半導體材料等領域轉(zhuǎn)型的企業(yè)，不過在當前的新形勢下向SiC這一高技術產(chǎn)業(yè)鏈進軍仍需面臨諸多挑戰(zhàn)。

　　國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈面臨的外憂與內(nèi)患

　　外憂：目前SiC材料和功率器件都主要由海外企業(yè)壟斷。器件方面，五家頭部企業(yè)來自歐洲、日本、美國，合計市占率約90%;材料方面的壟斷更加集中，Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ全面*襯底市場，最后Wolfspeed和昭和電工兩巨頭幾乎壟斷外延片市場，可見中國在SiC 領域的劣勢異常明顯。

　　內(nèi)患：在SiC晶圓制造方面仍然存在諸多問題亟待突破。比如已商用的6英寸SiC襯底依然存在高密度晶體位錯缺陷，晶圓封裝不能滿足高頻高溫應用需求等問題;8英寸SiC晶圓制造工藝難度高導致6英寸向8英寸遷移過程艱難等。

　　隨著對功率半導體器件的需求日益增長，國內(nèi)SiC廠商也開始了6英寸到8英寸的加速進擊。

　　另外中國臺灣行政院在2022 年化合物半導體科技研究發(fā)展項目計劃(簡稱科專計劃)中也明確指出2025 年需要達成兩大目標：一是8 英寸SiC 長晶及磊晶設備自主、8 英寸SiC 晶圓制造關鍵設備與源材料自主;二是完備在地供應鏈，催生化合物半導體的在地能量�？梢姡�產(chǎn)業(yè)鏈正在做足準備迎接8英寸SiC的挑戰(zhàn)。

　　6英寸到8英寸的艱難旅程

　　因為SiC具有高擊穿電場(臨界擊穿電場是硅基的10倍)、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度和高遷移率等特點，可以說SiC是半導體材料歷史演進的必然選擇。

　　當前國內(nèi)主要集中在4 英寸至6 英寸生產(chǎn)階段。相比6英寸，8英寸SiC還有較多工藝難點需要攻克。

　　8英寸與6英寸SiC晶圓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)差距不大，不過在襯底生長、襯底切割加工、氧化工藝方面8英寸SiC的制造更為復雜。由于SiC生長條件苛刻，需要用到高溫離子注入、高溫氧化、高溫激活以及這些高溫工藝所需要的硬掩模工藝等，對設備和工藝控制帶來了極高的要求;另外，SiC襯底生長速度緩慢，且當尺寸擴展到8英寸之后，對襯底生長的難度也會成倍增加，在切割時越大尺寸的襯底切割應力、翹曲的問題也顯著阻礙8英寸良率提升。

　　8英寸SiC似乎是最近的“熱門議題”。僅僅在7月份，就陸續(xù)有LPE 和住友金屬礦業(yè)株式會社宣布開建新的8英寸SiC生產(chǎn)線。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，在國際知名大廠中目前僅有7家企業(yè)能夠生產(chǎn)8英寸SiC晶圓襯底，包括英飛凌、Wolfspeed、羅姆、II-VI、Soitec，意法半導體以及中國的爍科晶體。而國內(nèi)廠商中中電55所、中國中車、三安光電、華潤微電子、積塔等已建設6英寸SiC產(chǎn)線。

　　8英寸SiC會給市場帶來哪些增值點

　　成本降低

　　制造成本高、良率低一直是制約8英寸SiC晶圓發(fā)展的一個難題。單從加工成本來看，由6英寸升級到8英寸晶圓成本在大幅增加。不過有研究表明，8英寸SiC晶圓優(yōu)質(zhì)裸片的產(chǎn)量是6英寸SiC晶圓的 1.8 - 1.9 倍，可使襯底成本降低 30% 左右，這也就意味著8英寸制造可在很大程度上降低SiC的應用成本。

　　反映到價格上，8英寸晶圓能為制造廠商帶來更高的利潤。目前，6英寸SiC晶圓零售價為750-900美元，而8英寸晶圓預計價格達到1300-1800美元。

　　根據(jù)中國寬禁帶功率半導體及應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的測算：受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動，以及光伏發(fā)電和充電樁等領域?qū)τ谛�率和功耗要求的提升�?nbsp;預計到2027年SiC功率器件的市場規(guī)模將達到150億美元。另外根據(jù)2025-2030年市場需求，4英寸半絕緣襯底將逐漸退出市場，6英寸將增加到20萬片，對于8英寸未能有精確預估，但毋庸置疑的是8英寸SiC市場發(fā)展韌性強勁，生產(chǎn)廠商也將迎來發(fā)展的好時機。

　　助推電動汽車發(fā)展

　　在電動汽車領域，解決整車續(xù)航問題對電動汽車制造商至關重要，他們的解決方案一方面通過布置更大容量的電池來實現(xiàn)更高的續(xù)航; 另一方面，從提升電驅(qū)動系統(tǒng)的效率和降低整車的阻力來提升續(xù)航能力。SiC則是半導體材料中高速與高效的代表。

　　SiC由于其高耐壓的特性，可以避免產(chǎn)生較多導通損耗，同時SiC在1200V耐壓下可以選擇MOSFET封裝，大幅降低開關損耗，正好可以彌補如今功率 MOSFET 和 IGBT 正在達到其理論極限的缺點。這使得800V電動汽車充電架構(gòu)下的硅IGBT模塊被SiC功率器件全面替代。對于汽車行業(yè)來說安全是重中之重，8英寸襯底厚度相較于6英寸更厚，可以為SiC解決方案提供更高和更穩(wěn)定的能效，因此可以說8英寸SiC與電動汽車在互相推動、共同進步。

　　根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)顯示，預計2030年全球新能源汽車銷量將達到4780萬輛，采用8英寸SiC可節(jié)省5-10%的電池使用量，每輛車成本節(jié)約 400-800美元，價格只增加200美元，每輛車凈節(jié)省200-600美元，這樣計算下來，又是一個千億市場。

　　無疑，8英寸SiC推動產(chǎn)業(yè)鏈技術更加成熟的同時，產(chǎn)品品類也在不斷擴充完整，目前市場上SiC 產(chǎn)品主要包括SiC 二極管、SiC MOSFET、SiC 二極管與SiC MOSFET構(gòu)成的全SiC 模塊、以及SiC 二極管與Si IGBT 構(gòu)成的混合模塊這四大類產(chǎn)品。屆時這個市場的所有參與者都有希望分到一杯羹。

　　國內(nèi)研究進程

　　SiC向更大晶圓面積發(fā)展的路并不好走，從6英寸轉(zhuǎn)8英寸的良率及功率提升也需要一定的時間周期，即使這樣也仍有很多企業(yè)表示正在備戰(zhàn)8英寸，還有一些已經(jīng)取得了量產(chǎn)突破。

　　在SiC產(chǎn)線方面，今年1月山西爍科晶體公司宣布8英寸襯底片已經(jīng)研發(fā)成功，并小批量生產(chǎn);另外天科合達在2020年也啟動了8英寸SiC晶片的研發(fā)。

　　外延方面，4月，松山湖管委會官網(wǎng)公布了《東莞市生態(tài)園2022年度土地征收成片開發(fā)方案》征求意見稿。項目計劃購置94.7畝用地建設天域半導體SiC外延材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，用于SiC外延關鍵技術的研發(fā)及全球首條8英寸外延晶片生產(chǎn)線的建設。昭和電工最近也表示正在積極采用其知識產(chǎn)權產(chǎn)品組合及產(chǎn)品發(fā)展專業(yè)知識，開發(fā)8英寸SiC外延片，目標是缺陷密度下降至少一個數(shù)量級，從而降低下一代功率半導體的生產(chǎn)成本。

　　在國內(nèi)與8英寸SiC產(chǎn)業(yè)鏈相關的設備和材料方面，4月恒普科技表示已推出可用于8英寸生產(chǎn)的SiC感應晶體生長爐的新一代技術平臺，突破SiC行業(yè)晶體長不快、長不厚，長不大的三大缺點，解決行業(yè)核心需求。合肥露笑科技投資100億元建設的SIC設備制造、長晶生產(chǎn)、襯底加工、外延制作等產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地也已動工。

　　在既有廠商與新入局者相繼擴增產(chǎn)能布局之下，SiC晶圓成為半導體新應用的趨勢已確立，雖然受限于成本與技術門檻較高，但在新能源市場的強勁需求下8英寸還是第三代半導體晶圓廠正在追逐的方向。

　　結(jié)語

　　在國內(nèi)市場，6英寸SiC晶圓還在充當市場主力。為了把襯底做的更大、質(zhì)量更好，距離8英寸SiC襯底完全成熟還需較長周期，這還需要國內(nèi)器件廠商應與襯底、外延等原材料廠商積極配合，充分整合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，共同開發(fā)8英寸材料、工藝等技術，同時整合國內(nèi)供應鏈，利用國產(chǎn)襯底外延材料價格及產(chǎn)能優(yōu)勢，降低成本，提高產(chǎn)出，在研發(fā)、技術、工藝、質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)化等多個維度全面提升核心競爭力。

　　另外SiC的市場需求釋放是個漸進的過程，這也給中國廠商提供了追趕的時機。隨著各廠商的持續(xù)進步，我們一定能夠有所成績。在SiC降本增效的背景下，熱點與利潤點最終都會回落8英寸。

　　*代半導體材料硅基的發(fā)展在國內(nèi)正面臨一系列掣肘的背景下，SiC器件正逐漸迎來商用加速期。

　　SiC的應用主要為兩個方面：一是電力電子SiC器件領域，在導電型襯底之上做SiC同質(zhì)外延，如新能源汽車、高鐵運輸、智能電網(wǎng)的逆變器等器件上應用;二是把SiC作為襯底材料，生長氮化鎵材料的異質(zhì)外延，在高頻大功率微波電子器件里獲得了較大應用，也在雷達、通信系統(tǒng)等方面有應用。

　　由于國內(nèi)外的起步和發(fā)展時間相差不大，而成為備受關注的突圍市場。據(jù)調(diào)研機構(gòu)Yole統(tǒng)計，無論是SiC器件銷售額，還是SiC導電型襯底市場視角來看，占據(jù)主要份額的都為來自美國、歐洲和日本的公司，部分情況下甚至有壟斷態(tài)勢。