前言:
當前碳化硅市場呈現歐美日三足鼎立的局面,面對下游需求持續增長、碳化硅產品供不應求的形式,國內外廠商均在加速研發、擴產,進軍8英寸碳化硅。
作者|方文三
(資料圖)
圖片來源|網絡
8英寸是國產設備商的機遇期
今年來,國際功率半導體巨頭已經頻頻聯手國產碳化硅襯底、材料等環節企業,加速發展8英寸碳化硅。
這背后,一方面是國際龍頭對國產碳化硅襯底廠商技術進步的認可,另一方面也是看中中國新能源市場機遇,尋求本地化供應。
據相關人士表示,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Yole預測,2021~2027年全球碳化硅功率器件市場規模有望從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。
在新能源產業強勁需求下,全球碳化硅產業步入高速成長期,碳化硅襯底仍處于供不應求狀態。
目前碳化硅襯底在功率元器件中成本占比接近50%,所以國際巨頭布局碳化硅產業都在搶占8英寸先機,甚至將量產時點提前至今年。
現在6英寸向8英寸擴徑的行業趨勢明確,如果我們國內設備廠商仍大幅提升6英寸襯底設備產能將面臨“投產即落后”的問題。
所以設備廠商在本階段應該重點突破和布局8英寸襯底設備產能,才能實現彎道超車。
碳化硅市場競爭格局
目前而言,在碳化硅襯底市場主要分為三大梯隊,行業高度集中。
據智研咨詢統計,美國Wolfspeeed公司占據全球60%以上的市場份額,2015年推出8英寸碳化硅襯底,位列市場第一梯隊;
其他海外領軍廠商如羅姆、II-VI、意法半導體等也相繼開展襯底材料業務,到2021年已具備8英寸襯底的生產能力,海外領軍廠商和我國襯底行業龍頭企業加快產品研發,產品在國際上的市占率也在持續提升,處于第二梯隊;
國內企業起步較晚,研發進度相比國外企業較慢,中小型襯底材料生產商技術處于借鑒和完善階段,屬于第三梯隊。
國內多家廠商正在破局8英寸
據不完全統計,國內有十余家企業與機構正在積極研發,包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進、南砂晶圓、同光股份、天科合達、科友半導體、乾晶半導體、中科院物理所、山東大學等。
賽微電子、三安光電、露笑科技等也有相關產能在投建中。
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48萬片/年的8英寸碳化硅襯底。
中電化合物也宣布與韓國PowerMaster簽訂了長期供應8英寸在內的碳化硅材料的協議,公司預計未來3年碳化硅產能將達到8萬片。
6月27日,晶盛機電宣布,已成功研發出8英寸碳化硅外延設備。在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎上,已實現8英寸單片式碳化硅外延生長設備的自主研發與調試,外延的厚度均勻性1.5%以內、摻雜均勻性4%以內。
國外布局8英寸情況
Wolfspeed在2022年4月啟用了全球第一家8英寸碳化硅晶圓廠、2023年2月宣布計劃在德國薩爾州再建8英寸碳化硅工廠,新工廠預計可于2023年上半年啟動。
Coherent在2022年3月宣布將在美國伊斯頓大規模建設近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。
羅姆于2009年收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal、在2015年展示了8英寸SiC襯底。在PowerUPExpo2022上表示將于2023年開始量產8英寸SiC襯底產品。
英飛凌計劃在2023年左右開始量產8英寸襯底,2025年實現8英寸碳化硅器件的量產。
Soitec在2022年5月發布了首款8英寸碳化硅SmartSiC晶圓。在2022年3月啟動新晶圓廠建設計劃,用于6英寸、8英寸SmartSiC晶圓制造,預計2023年下半年建成投產。
意法半導體目前正積極推進碳化硅晶圓產線從6英寸向8英寸轉型,預計2023年8英寸碳化硅晶圓即將量產。
實際上現在僅有Wolfspeed實現8英寸碳化硅量產,而大多數國際企業則將8英寸碳化硅襯底的量產節點定在2023年左右。
國內8英寸SiC晶圓量產難點
高溫工藝關乎著SiC的良率,這也是各大SiC廠商所著力研發的關鍵環節之一。
而除了與硅晶圓在生產工藝上有所差異以外,在SiC從6英寸向8英寸發展的過程中也存在著一些差異。
在功率半導體制造的離子注入、薄膜沉積、介質刻蝕、金屬化等環節,8英寸碳化硅與6英寸SiC的差距不大。
8英寸SiC的制造難點主要集中在襯底生長、襯底切割加工、氧化工藝。
其中,襯底生長方面,擴徑到8英寸,對襯底生長的難度會成倍增加;襯底切割加工方面,越大尺寸的襯底切割應力、翹曲的問題越顯著。
氧化工藝一直是碳化硅工藝中的核心難點,8英寸、6英寸對氣流和溫場的控制有不同需求,工藝需各自獨立開發。
目前碳化硅產業以6英寸為主流,占據近80%市場份額,8英寸則不到1%。
若達到成熟階段,8英寸單片的售價約為6英寸的1.5倍,且8英寸能夠生產的晶粒數約為6英寸SiC晶圓的1.8倍,晶圓利用率會顯著提高。
6英寸SiC襯底國內的良率大概有40%,海外大概60~70%,在8英寸方面實際進展并不如預期。
結尾:
可以看到,國際企業大多將8英寸碳化硅襯底的量產節點定在2023年左右,但中國企業也步步緊追,目前國內企業宣布將在2023年實現8英寸碳化硅襯底的小批量量產。
當然,“小批量量產”與“量產”是不同的,二者在良率、成本上有著本質的差別。
今年中國襯底材料行業競爭格局競爭將更加激烈且更加復雜,所以研發能力強、生產設備尖端,優質企業實力逐漸提升等將是未來競爭的關鍵因素。
內容來源于:化合物半導體市場:共14家!8英寸碳化硅襯底企業進度一覽;證券之星:國產碳化硅“破局”8英寸領域;半導體在線:國產碳化硅進擊8英寸工藝節點最佳“掘金”窗口期步入倒計時;全球半導體觀察:化合物半導體下一場黃金賽道鳴槍,國內8英寸碳化硅研發再突破
原文標題:AI芯天下丨趨勢丨國產碳化硅進擊8英寸,競爭將更加激烈且復雜
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