2022年整個SiC產業(yè)鏈好不熱鬧：首先是Wolfspeed的全球首座8英寸SiC工廠啟動，為產業(yè)傳遞了積極的信號。再就是II-VI的1200V SiC MOSFET獲得車規(guī)認證，并深化與通用的合作。英飛凌投資逾20億歐元在馬來西亞居林工廠擴大SiC前道產能，以應對未來市場的變化。ASM完成對LPE的收購，入局SiC外延設備，由于下游需求持續(xù)的旺盛，碳化硅的外延設備正在以20%的復合增長率在增長。鴻?？萍既〉昧耸⑿虏牧?0%的股權，切入襯底材料環(huán)節(jié)。Soitec發(fā)布8英寸SmartSiC優(yōu)化襯底，并且擴大了制造規(guī)模。SEMISiC實現了8英寸N-Type拋光片小批量生產……
SiC襯底發(fā)展情況
SiC襯底是發(fā)展SiC的關鍵。目前從原始的工藝到襯底的加工技術再到材料的大口徑化擴展等各個環(huán)節(jié)，都是業(yè)界的焦點。不過SiC襯底目前仍存在密度較高、生長速率緩慢、成本比較高的挑戰(zhàn)。
在SiC晶體生長工藝方面，出現了兩家初創(chuàng)企業(yè)，分別是2020年6月17日創(chuàng)立的北京晶格領域，以及2021年6月成立的日本企業(yè)UJ-Crystal。一般而言，材料行業(yè)的初創(chuàng)企業(yè)并不常見，因為材料行業(yè)開發(fā)周期長，開發(fā)成本也比較高，但我們發(fā)現，這兩家企業(yè)都有著大學成果轉化的項目背景，可以說是產業(yè)的一大幸事。
2020年7月6日，中科院物理所科技成果轉化項目液相法生長碳化硅半導體襯底項目落戶中關村順義園，由北京晶格領域半導體有限公司實施運營，分三期落地實施，計劃總投資7.5億元，一期投資5000萬元，在中關村順義園租賃廠房1050平方米，建設4—6英寸液相法碳化硅晶體中試生產線。2021年4月，晶格領域投資設立的碳化硅晶圓項目廠房已裝修完畢，第一批設備全部進場，并開始試生產。
UJ-Crystal是日本名古屋大學孵化出的企業(yè)，名古屋大學的宇治原徹教授在大學研究了近20年的高品質SiC晶體生長技術。通過結合材料科學方面的知識和AI的計算能力，找出了制造晶體時需要調整的溶液濃度和制造裝置的指標。經過4年的開發(fā)，成功制造出了產業(yè)用途至少需要的6英寸晶體。并計劃在未來幾年內推進量產。
在襯底加工環(huán)節(jié)，切割可以說是整個產能最大的瓶頸?，F有的SiC晶圓切片方法大多使用金剛石線鋸，然而，由于碳化硅的高硬度，加工時間較長，需要大量的金剛石線鋸來批量生產硅片。由于在切片過程中有大量的材料丟失，單個晶錠生產出的晶圓數量就很少，這是制造SiC功率器件成本增加的一個主要因素。日本的DISCO和英飛凌，兩者的光切割技術為大家熟知。
2016年DISCO開發(fā)了新的激光切片技術KABRA，該工藝可用于各種類型的SiC鑄錠。KABRA是一種鋼錠切片方法，通過激光連續(xù)照射鋼錠，在指定深度形成分離層(KABRA層)，從KABRA層開始生產晶圓。據DISCO稱，KABRA技術的優(yōu)勢主要有：1）處理時間大大縮短，現有工藝需要3.1小時才能切出一片6英寸SiC晶圓，而采用KABRA技術僅需要10分鐘；2）不再需要研磨過程，因為分離后的晶圓波動可以控制；3）生產的晶圓數量比現有工藝增加了1.4倍。
激光切片技術KABRA的優(yōu)勢
(圖源：DISCO Corporation)
2018年英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領域的新銳公司Siltectra，進入上游襯底領域，Siltectra專注于半導體材料的新切割技術—冷切（COLD SPLIT），該技術能將SiC晶圓的良率提高90%，在相同碳化硅晶錠的情況下，它可以提供3倍的材料，可生產更多的器件，最終SiC器件的成本可以降低20-30%。
SILTECTRATM碳化硅晶片分裂工藝
國內的晟光硅研（Lasic）成立于2021年2月，是航天基地科技成果就地轉化項目，技術團隊包括來自西安電子科技大學、中國工程物理研究院、山東大學、西北工業(yè)大學、yole等國內外相關行業(yè)高校和研究機構的專家。晟光硅研發(fā)明了微射流激光切割技術，該技術一次切割完成的晶片表面形貌已接近CMP處理水平。目前已經成功完成6英寸碳化硅晶錠的切割。
晟光硅研的微射流激光切割技術
SiC 晶圓表面質量對于后續(xù)SiC器件制造至關重要，因為晶圓表面上的任何缺陷都會遷移到后續(xù)層。所以SiC晶圓還需要一些拋光和表面準備工作，在這方面，應用材料取得了比較大的突破，其中應用材料推出了新型200毫米CMP系統(tǒng)，該系統(tǒng)將拋光、材料去除測量、清潔和干燥集成在一個系統(tǒng)中。與機械研磨的SiC晶片相比，新系統(tǒng)的成品晶片表面粗糙度降低了50倍，與批量CMP處理系統(tǒng)相比，粗糙度降低了3倍。
在晶圓擴徑方面，主要是以8英寸擴徑為主。早在2015年Wolfspeed、II-VI、ROHM就已經成功研發(fā)出8英寸襯底晶圓片。從2021年開始，安森美、ST、Soitec、SEMISiC等陸續(xù)研發(fā)出來。
各廠商8英寸SiC晶圓研發(fā)和量產時間一覽
?。▓D源：行家說第三代半導體）
看向SiC襯底的價格方面，據TendForce對N-Type SiC襯底價格下降趨勢的預測，4英寸襯底片價格已經非常穩(wěn)定，在一些低端器件二極管還有一定的市場。6英寸襯底片隨著技術不斷成熟價格逐漸穩(wěn)定。8寸片目前剛推向市場，由于良率比較低，而且制造成本過高，短期內不具備性價比，下降空間相當大。
在不同尺寸N-Type SiC襯底需求方面，4英寸片會慢慢淡出市場，6英寸片會長時間作為市場主流供應能力，8英寸將會在2025年到2026年取得一定的市場份額，預估到2026年能有15%的份額。
值得一提的是，中國正在大量布局碳化硅襯底，投資產線遍布大半個中國，有天科合達、天岳先進、爍科晶體、同光半導體、盛新材料、三安光電、南砂晶圓、露笑科技、東尼電子。7月21日晚間，據天岳先進披露，公司簽署了時長三年的6英寸導電型碳化硅襯底產品銷售合同，合同作價近14億元。
SiC功率元件迎來快速發(fā)展期
據TendForce的預測，SiC功率元件在2022年的市場規(guī)模大約15.89億美元，到2026年將達到53.02億美元，年復合增長率高達35%。其中，汽車是當前SiC功率元件市場最核心的動力，目前SiC已經在車身的OBC、取得了快速的應用，隨著800V的高壓需求來了，SiC功率元件會被進一步放大。再就是可再生能源、工業(yè)UPS和軌道交通燈的需求。
車用SiC功率元件的關鍵供應商主要有，特斯拉憑借車用MOSFET第一供應商身份，連續(xù)奪得SiC功率元件市場第一。Planar MOSFET的供應商主要是ST、安森美、Wolfspeed。Tench MOSFET的供應商是英飛凌、羅姆和博世。
中國車企如上汽、北汽、廣汽、吉利、小鵬等正在積極投資本土供應鏈，在《汽車廠投資加碼第三代半導體》一文中我們詳細介紹了車廠的投資布局。在SiC本土供應鏈當中，SiC二極管供應商主要有泰科天潤、三安、華潤微電子、揚杰科技；SiC MOSFET供應商有瀚薪、瞻芯電子、派恩杰、ASI、飛锃半導體（Alpha Power Solutions，簡稱APS）、國基南方；SiC模組供應商主要包括比亞迪、基本半導體、利普思、斯達半導體、芯聚能。
SiC代工廠開始興起
受益于車用市場的繁榮，碳化硅的市場已經開始進行大規(guī)模的放量，整個產業(yè)鏈還沒完全的成熟，代工廠的配套支持將是非常必要的。
在全球SiC代工領域，德國的X-Fab全球第一家提供6英寸SiC工藝的代工廠，其位于德克薩斯州的6英寸工廠2020年月產能已達26000片。SiC功率半導體廠商如Littlefuse、United SiC（被Qorvo收購）、GeneSiC、派恩杰等都通過X-Fab代工。
英國的Clas-SiC Wafer Fab也是一家專門制造碳化硅功率半導體的開放式晶圓廠，投資了中低規(guī)模的 SiC 產能，其可以生產JBS/MPS二極管和MOSFET的6英寸SiC晶圓。
Yes Power Technix是韓國唯一一家可以設計和制造SiC功率半導體的公司，他們擁有100毫米和150毫米晶圓的生產設施，每年可生產1.44萬片晶圓。2022年4月，Sk Inc. 出資1200億韓元（約6.2億元人民幣）收購Yes Power Technix 95.8%的股權。同時，韓國DB HiTek也在向SiC代工進擊，2022年6月，DB HiTek宣布在位于忠清北道陰城郡甘谷面桑古里的 8 英寸半導體工廠 (fab) 建設新一代功率半導體生產線，目標是在 2025 年內生產和供應第一款 1200 V SiC MOSFET。
大陸方面，2021年6月，三安總投資高達160億元，全國首條、全球第三條6英寸碳化硅垂直整合產業(yè)鏈投產，規(guī)劃至2025年實現36萬片6寸碳化硅晶圓的年產能；上海積塔半導體也在規(guī)劃5000片的6英寸碳化硅（SiC）工藝生產線；長飛半導體已有6英寸SiC晶圓代工；南京百識電子科技有限公司提供四英寸、六英寸碳化硅；南京寬能半導體首條產線落地南京，正在建設中，建成后將是國內最大的碳化硅半導體晶圓廠；2022年5月20日，廣州芯粵能投資75億，年產48萬片SiC芯片制造項目主體工程正式封頂；此外，按照中芯紹興（SMEC）的規(guī)劃，未來也會進行SiC相關MOSFET的代工服務。
中芯紹興的MOSFET代工規(guī)劃
?。▓D源：中芯紹興）
中國臺灣的漢磊（Episil Technology）目前擁有1座4/5英寸及2座6英寸晶圓廠。嘉晶電子（Episil-Precision）能代工生產4-6英寸的SiC外延片。
SiCamore Semi是一家總部位于美國的先進材料和功率半導體純晶圓代工廠，其是Silicon Power 收購前Microsemi晶圓廠而來。
結語
無疑，SiC是半導體領域最具成長力的材料。在產業(yè)大變革之際，各個國家和地區(qū)的廠商都在努力發(fā)展SiC技術。值得一提的是，在SiC這個領域，國內的產業(yè)鏈布局逐漸開始走向完善。SiC這個大蛋糕，中國必能分得一塊。
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