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SiC,進(jìn)入八英寸時(shí)代!

2021-08-03
來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: SiC 八英寸

  近些年來(lái),隨著汽車和工業(yè)的升級(jí),以SiC為代表的第三代化合物開(kāi)始受到行業(yè)的青睞。但受到成本的影響,SiC的市場(chǎng)還處于爆發(fā)的前夕。從實(shí)際情況上看,目前多數(shù)SiC都采用的4英寸、6英寸晶圓進(jìn)行生產(chǎn),而6英寸和8英寸的可用面積大約相差1.78倍,這也就意味著8英寸制造將會(huì)在很大程度上降低SiC的應(yīng)用成本,因而,SiC何時(shí)才能邁進(jìn)8英寸時(shí)代也成為了產(chǎn)業(yè)聚焦的熱點(diǎn)之一。

  日前,意法半導(dǎo)體(簡(jiǎn)稱ST)所宣布的一則消息,則讓產(chǎn)業(yè)看到了8英寸SiC時(shí)代到來(lái)的希望——ST在其官方新聞稿中表示,其瑞典北雪平工廠制造出首批8英寸SiC晶圓片,這些晶圓將用于生產(chǎn)下一代電力電子芯片的產(chǎn)品原型。晶圓升級(jí)到200mm標(biāo)志著擴(kuò)大產(chǎn)能,以及支持汽車和工業(yè)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和產(chǎn)品電氣化的計(jì)劃取得階段性成功。

  那么,目前國(guó)內(nèi)外8英寸SiC的情況到底如何,8英寸SiC時(shí)代才能真正開(kāi)啟?

  八英寸SiC的重重挑戰(zhàn)

  眾所周知,以硅基為材料的晶圓已經(jīng)開(kāi)始從8英寸邁向了12英寸,硅晶圓的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是否可以助力SiC晶圓向更大面積發(fā)展,與硅晶圓相比,SiC晶圓的生產(chǎn)難點(diǎn)又在哪里?

  深圳基本半導(dǎo)體有限公司總經(jīng)理和巍巍博士介紹道:“與硅材料芯片相比,8英寸和6英寸SiC生產(chǎn)的主要差別在高溫工藝上,例如高溫離子注入,高溫氧化,高溫激活等,以及這些高溫工藝所需求的hard mask(硬掩模)工藝等?!?/p>

  高溫工藝關(guān)乎著SiC的良率,這也是各大SiC廠商所著力研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

  而除了與硅晶圓在生產(chǎn)工藝上有所差異以外,在SiC從6英寸向8英寸發(fā)展的過(guò)程中也存在著一些差異。

  “”在功率半導(dǎo)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SiC的差距不大?!昂臀∥〔┦恐赋觯骸?英寸SiC的制造難點(diǎn)主要集中在襯底生長(zhǎng)、襯底切割加工、氧化工藝。其中,襯底生長(zhǎng)方面,擴(kuò)徑到8英寸,對(duì)襯底生長(zhǎng)的難度會(huì)成倍增加;襯底切割加工方面,越大尺寸的襯底切割應(yīng)力、翹曲的問(wèn)題越顯著;氧化工藝一直是碳化硅工藝中的核心難點(diǎn),8英寸、6英寸對(duì)氣流和溫場(chǎng)的控制有不同需求,工藝需各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)?!?/p>

  顯然,SiC向更大晶圓面積發(fā)展的路并不好走,在這一點(diǎn)上,從SiC從4英寸走向6英寸的過(guò)程中便可略窺一二——據(jù) Yole 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,2020 年4英寸SiC晶圓接近 10 萬(wàn)片,而 6英寸晶圓市場(chǎng)需求已超過(guò)8萬(wàn)片,預(yù)計(jì)將在2030年逐步超越4英寸晶圓。

  如此來(lái)看,8英寸SiC市場(chǎng)還處于爆發(fā)的前夜,那么,國(guó)內(nèi)外廠商是如何備戰(zhàn)8英寸SiC時(shí)代的帶來(lái)?他們現(xiàn)在的處于怎樣一種情況。

  全球八英寸SiC現(xiàn)狀

  從目前全球市場(chǎng)情況來(lái)看,目前SiC市場(chǎng)主要由Cree、英飛凌、羅姆半導(dǎo)體旗下SiCrystal、II-IV、新日鐵住金及道康寧等國(guó)外廠商占據(jù)著。同時(shí),根據(jù)市場(chǎng)的公開(kāi)資料顯示,這些廠商在進(jìn)入6英寸生產(chǎn)后,在近兩年來(lái),其中一部分廠商又對(duì)其6英寸產(chǎn)線進(jìn)行了擴(kuò)產(chǎn),并在積極推動(dòng)SiC向8英寸發(fā)展。

  從他們對(duì)8英寸SiC的布局進(jìn)程上看,目前在工藝、設(shè)備方面,已有外延爐、高溫氧化爐、高溫激活爐等設(shè)備商業(yè)化的8英寸設(shè)備銷售,并由多家國(guó)際巨頭IDM廠家進(jìn)行了采購(gòu)。

  在國(guó)際知名大廠中,Cree(科銳)、II-VI(高意)、SiCrystal(羅姆集團(tuán)旗下子公司)、ST(意法半導(dǎo)體)等4家公司已擁有8英寸SiC襯底技術(shù),并有部分公司展示了其8英寸襯底。Cree在2015年展示了8英寸SiC樣品, 2019年完成了首批8英寸SiC晶圓樣品的制樣,正在美國(guó)達(dá)勒姆市新建的晶圓廠也規(guī)劃以8英寸SiC產(chǎn)品為主。II-VI和SiCrystal也已經(jīng)對(duì)外展示了8英寸SiC襯底樣品,II-VI在樣品展示上還早于Cree。

  而按照各大廠商的量產(chǎn)計(jì)劃來(lái)看,Cree的計(jì)劃是在2024年8英寸SiC晶圓工廠規(guī)劃達(dá)產(chǎn);今年4月,II-VI也表示,未來(lái)5年內(nèi),將SiC襯底的生產(chǎn)能力提高5至10倍,其中包括量產(chǎn)直徑8英寸的襯底;英飛凌方面則預(yù)計(jì)2023年左右開(kāi)始量產(chǎn)8英寸襯底,以2025年為目標(biāo),量產(chǎn)8英寸SiC襯底器件。

  和巍巍博士認(rèn)為,隨著8英寸SiC的到來(lái),8英寸SiC可能會(huì)為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)以下幾方面改變:

  1.價(jià)格進(jìn)一步降低:8英寸SiC量產(chǎn)后,器件價(jià)格相比于6英寸SiC進(jìn)一步降低。

  2.市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展:隨著價(jià)格的進(jìn)一步降低,碳化硅產(chǎn)品將進(jìn)入更多的市場(chǎng)。

  3.競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇:小尺寸(4英寸)碳化硅晶圓廠將逐步因?yàn)槌杀驹虮惶蕴?英寸是目前硅基功率半導(dǎo)體的主流尺寸,當(dāng)8英寸碳化硅成為市場(chǎng)主流后,更多的硅基半導(dǎo)體巨頭將加入碳化硅的競(jìng)爭(zhēng)中。

  4.核心技術(shù)重要性凸顯:隨著技術(shù)不斷發(fā)展,因?yàn)樾阅懿罹嘣斐傻某杀静罹鄬⒏鼮槊黠@,技術(shù)能力相對(duì)薄弱的廠商將被逐漸淘汰。

  國(guó)內(nèi)八英寸SiC情況

  從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看,國(guó)內(nèi)在6英寸SiC產(chǎn)線上已經(jīng)有所成績(jī),國(guó)內(nèi)已知的6英寸SiC生產(chǎn)線有中電55所、中國(guó)中車、三安光電、華潤(rùn)微電子、積塔、燕東微電子(與深圳基本半導(dǎo)體共建)、國(guó)家電網(wǎng)等,碳化硅肖特基二極管制造水平緊跟國(guó)際大廠,大規(guī)模量產(chǎn)通過(guò)可靠性驗(yàn)證的MOSFET也技術(shù)日趨成熟。

  根據(jù)安信證券的調(diào)研報(bào)告也顯示,國(guó)內(nèi)6英寸產(chǎn)線正在爬良過(guò)程中,未來(lái) 有望進(jìn)一步提升,同時(shí)在加速進(jìn)行對(duì)8英寸產(chǎn)線的研發(fā)。

  就國(guó)內(nèi)8英寸SiC產(chǎn)線的發(fā)展進(jìn)程上看,國(guó)內(nèi)已有一些公司和單位作為預(yù)研項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)。這其中就包括,2020年10月,由中電科半導(dǎo)體持股的山西爍科晶體公司8英寸襯底片已經(jīng)研發(fā)成功,即將量產(chǎn);根據(jù)天科合達(dá)在科創(chuàng)板公布的招股書顯示,其在2020年也啟動(dòng)了8英寸SiC晶片的研發(fā)。

  同時(shí),和巍巍博士也指出,要推進(jìn)8英寸產(chǎn)線建設(shè)、加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展,需要社會(huì)各方、各位同行及上下游合作伙伴攜手合作、共同努力,例如:襯底廠商進(jìn)一步獲得低缺陷密度的晶體,并在襯底切割領(lǐng)域進(jìn)一步降低翹曲;外延廠商加快突破低表面缺陷和低穿通型缺陷的外延工藝;器件廠商持續(xù)提高工藝能力及改進(jìn)設(shè)計(jì),降低量產(chǎn)成本,以應(yīng)對(duì)國(guó)際廠商的沖擊;下游應(yīng)用端提供國(guó)產(chǎn)器件的測(cè)試、應(yīng)用平臺(tái)和機(jī)會(huì),加快國(guó)產(chǎn)替代,扶持國(guó)產(chǎn)器件廠商,與器件廠商共同成長(zhǎng)。

  因此,我們也注意到了與8英寸SiC產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的國(guó)內(nèi)企業(yè)的布局,在設(shè)備和材料方面,2020年11月合肥露笑科技投資100億元建設(shè)的SIC設(shè)備制造、長(zhǎng)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)基地開(kāi)工,按照他們的計(jì)劃,將在第二期、第三期分別達(dá)成年產(chǎn) 10 萬(wàn)片 8 英寸襯底片(二期)、年產(chǎn) 10 萬(wàn)片 8 英寸外延片和年產(chǎn) 15 萬(wàn)片 8 英寸襯底片(三期)的建設(shè)。

  寫在最后

  8英寸SiC的到來(lái)的確能夠?yàn)楫a(chǎn)業(yè)帶來(lái)一些變化,但和巍巍博士也指出,相對(duì)于4英寸到6英寸的里程碑式轉(zhuǎn)變,6英寸過(guò)渡到8英寸還需要一段時(shí)間。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),6英寸產(chǎn)線還是會(huì)占據(jù)主流地位。

  而這種市場(chǎng)情況,對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō),在仰望先進(jìn)技術(shù)的同時(shí),腳踏實(shí)地才是促進(jìn)國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。和巍巍博士也表示:”相信隨著各家的持續(xù)加大投入、改進(jìn)工藝技術(shù),我們一定能夠迎頭趕上?!?/p>



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