碳化硅8英寸时代临近，中国厂商不应错过“早班车”

来源:半导体投资联盟发布时间:2023-07-13819浏览

文｜爱集微

图源｜爱集微

集微网报道（文/陈炳欣）近日，碳化硅厂商掀起一轮8英寸晶圆投资热潮。除碳化硅龙头Wolfspeed位于美国纽约州的8英寸晶圆厂实现小批量供货外，英飞凌、意法半导体、三星、三菱电机以及部分国内厂商，也纷纷宣布投入8英寸碳化硅生产线的建设。

碳化硅产业一向有“得材料者得天下”的说法，几乎所有厂商都希望能锁定优质衬底材料产能，在这一轮产业浪潮中抢占先机。不过，SiC材料生长缓慢并且边缘缺陷较大，从6英寸向8英寸过渡，必将面临更大的提高生产良率的挑战，很难一蹴而就。这也意味着，碳化硅8英寸时代尚需一段时间才会到来，给予国内碳化硅厂商一定的回旋时机。

8英寸碳化硅晶圆量产临近

碳化硅衬底是整个碳化硅产业链中成本占比最大、技术门槛最高的环节，对相关产品的放量起着决定性作用。扩大晶圆尺寸一向是半导体行业获得更大晶片产能的不二法门。根据Wolfspeed财报说明上的数据，从6英寸升级到8英寸，获得的优良裸片（die）数量可以增加20%～30%。因此，这也驱使越来越多碳化硅大厂投入到这场碳化硅晶圆的“升级战”当中。

Wolfspeed位于美国纽约州马西莫霍克谷的碳化硅制造厂是全球首座8英寸晶圆厂。对于该厂的进度，Wolfspeed曾公开表示，产能和良率的提升是当下公司业务增长的重要突破点。资料显示，2015年Wolfspeed便展示了8英寸碳化硅衬底。2019年5月，Wolfspeed宣布投入10亿美元进行莫霍克谷新厂的建设。近日有消息称，其8英寸厂已经实现量产，并向终端客户批量出货碳化硅MOSFET。不过据集微咨询资深分析师朱航欧预测，该厂当前可能仍以小批量投产为主，尚未实现真正的规模量产。但这依然显示出，Wolfspeed在推进8英寸碳化硅上的决心。

除此之外，包括意法半导体、英飞凌、Soitec、三菱电机、三星等新老厂商都在积极推进8英寸碳化硅的开发。意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部市场沟通经理Gianfranco DI MARCO表示，意法半导体对碳化硅技术和供应链战略包括从6英寸到8英寸碳化硅晶圆的制造升级。意法半导体计划在 2023 年第四季度之前在意大利试产线上生产8英寸碳化硅晶圆，并采用瑞典和意大利的自营工厂生产的 8英寸碳化硅衬底。意法半导体将投资研发先进的制造工艺，购买尖端制造设备，培养战略合作伙伴关系，实现业务的快速发展增长。

2019年，意法半导体收购Norstel公司，推进8英寸碳化硅晶圆的生产开发；Soitec于2021年宣布5年投资计划，新建2座碳化硅晶圆厂，一座6英寸、一座8英寸；三星电子宣布投资1000亿-2000亿韩元，引进更先进的8英寸碳化硅工艺设备。

2026-2027年或将全面进入市场？

然而，碳化硅向8英寸升级并非易事，即便少数几家公司能够部分量产8英寸晶圆也不意味着碳化硅的8英寸时代就此到来。基本半导体总经理和巍巍此前接受记者采访时就指出，碳化硅衬底的生产有着很多难点，包括碳粉硅粉的合成、晶体的生长、晶锭加工等诸多细节步骤。从6英寸到8英寸的生长难度是几何级增长。因为扩径以后，需要更大的籽晶和制程，对温度控制的难度会大幅提升。这些难度表现在，扩径生长、温场控制、晶体生长及切割应力等诸多方面，同时涉及大量核心参数的调整，如直径、杂质、均匀性、弯曲翘曲以及光滑度等。

朱航欧也强调，从6英寸到8英寸扩展，最大的挑战在于解决衬底表面应力与缺陷密度的问题。因为晶体尺寸越大，生长的内应力也会越大，切割应力也越大。从6英寸到8英寸，应力的释放将导致损耗进一步增加，良率降低。而碳化硅器件当前最主要应用在于汽车等高可靠领域，对产品的可靠性要求更加严格。

因此，朱航欧预测，短期内来自8英寸晶圆的碳化硅器件并不会大量进入市场，从而对当前的价格体系以至产业格局产生影响。“Wolfspeed从发布8英寸晶圆厂计划至今，大约已有3年左右时间。从目前情况来看，其量产进程有所阻滞，因此判断Wolfspeed 8英寸厂产品大批量进入市场有可能推迟到2024年至2025年。其他厂商的量产时间上会略有延后。那么，这样预判，2026-2027年之间或许才是碳化硅8英寸时代真正到来的时点。”

安富利现场应用管理总监丁国骄预计的时间也相差不多，制约SiC大规模生产的主要因素并不是资金设备等方面的投入，而是碳化硅的生长性。怎样让晶圆长快、长厚、长大，这是综合材料和工艺的问题，需要投入研究试验和积累。目前国内外专家和各厂家正在加大投入攻克这些难题，未来3-5年内或会有所突破。

国内厂商不应错过“早班车”

尽管现阶段8英寸碳化硅只能实现小批量供货，短期内不会对市场造成较大影响。但是从长期来看，随着技术的进步，材料生长与切割工艺方面的问题必然会被突破，随着成品率的提高也产能的增长，8英寸晶圆的芯片价格也必然会低于6英寸，并对碳化硅现有价格与产业格局产生影响。

目前，国内厂商也在积极布局8英寸碳化硅晶圆的开发与量产。有资料称，已有超过50家中国企业宣布以不同的形式进入碳化硅业务。2022年1月，烁科晶体实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产。天科合达在2020年开始开展8英寸导电型碳化硅单晶衬底的研发工作，目前已突破了8英寸晶体扩径生长和晶片加工等关键技术难题，并在2022年11月发布8英寸导电型碳化硅单晶衬底。天科合达还计划在2023年实现8英寸衬底产品的小规模量产。2020年，天岳先进启动8英寸碳化硅衬底的研发，此后曾宣布成功研发了8英寸碳化硅衬底，但目前其8英寸产品尚未达到量产程度。

不过，目前国内实现量产的生产线仍以6英寸为主。虽然也有部分企业实现了8英寸送样，但是“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。“中国企业应从长远的角度看到机遇，并相应地调整战略，加大投入力度，尽快实现8英寸碳化硅晶圆上的突破。”朱航欧表示。

和巍巍也指出，为应对新的的挑战，国内器件厂商应与衬底、外延等原材料厂商积极配合，充分整合国内产业链企业，共同开发8英寸材料、工艺等技术，包括降低芯片导通电阻及芯片面积，提高单晶圆产出。同时整合国内供应链，利用国产衬底外延材料价格及产能优势，降低成本提高产出，在研发、技术、工艺、质量、产业化等多个维度全面提升核心竞争力。

责编：张轶群

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