當(dāng)下，新能源汽車、5G通訊、光伏、儲能等下游領(lǐng)域迸射出的強烈需求，正驅(qū)動著碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展，與此同時多方紛紛加強研發(fā)力度，旨在突破技術(shù)壁壘，搶占市場先機。
其中，作為碳化硅突破瓶頸的重要工藝節(jié)點，8英寸SiC襯底成為各方搶攻的黃金賽道。
下一個拐點尺寸：8英寸SiC襯底
作為第三代半導(dǎo)體代表材料之一，碳化硅具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率等性能優(yōu)勢，在高溫、高壓、高頻領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異，已成為半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。
隨著下游需求的帶動，碳化硅正處于高速增長期，據(jù)TrendForce集邦咨詢的《2023全球SiC功率半導(dǎo)體市場分析報告》，2023年整體SiC功率元件市場規(guī)模達(dá)22.8億美元，年成長41.4%，并預(yù)估至2026年SiC功率元件市場規(guī)模可望達(dá)53.3億美元。
從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)上看，SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環(huán)節(jié)形成，襯底在SiC器件成本中占比高達(dá)~45%。業(yè)界認(rèn)為，為了降低單個器件的成本，進(jìn)一步擴(kuò)大SiC襯底尺寸，在單個襯底上增加器件的數(shù)量是降低成本的主要途徑。8英寸SiC襯底將比6英寸在成本降低上具有明顯優(yōu)勢。
Wolfspeed數(shù)據(jù)顯示，從6英寸升級到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但合格芯片產(chǎn)量可以增加 80%-90%；同時8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀、減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率，采用8英寸襯底可以將單位綜合成本降低50%。
另據(jù)TrendForce集邦咨詢此前表示，目前碳化硅產(chǎn)業(yè)以6英寸為主流，占據(jù)近80%市場份額，8英寸則不到1％。8英寸的晶圓尺寸擴(kuò)展，是進(jìn)一步降低碳化硅器件成本的關(guān)鍵。若達(dá)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(chǎn)的晶粒數(shù)約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，晶圓利用率顯著提高。
顯然，6英寸向8英寸擴(kuò)徑的行業(yè)趨勢明確，8英寸SiC襯底蘊含著國內(nèi)廠商實現(xiàn)彎道超車的機遇，TrendForce集邦咨詢研究數(shù)據(jù)指出，目前8英寸的產(chǎn)品市占率不到2%，并預(yù)測2026年市場份額才會成長到15%左右。
搶抓機遇：進(jìn)擊8英寸SiC襯底
業(yè)界指出，8英寸SiC晶體生長的難點在于，首先要研制出8英寸籽晶；其次要解決大尺寸帶來的溫場不均勻和氣相原料分布和輸運效率問題，還要解決應(yīng)力加大導(dǎo)致晶體開裂問題。
據(jù)媒體引述業(yè)界人士稱，今年將會是8英寸碳化硅元年。今年以來，國際功率半導(dǎo)體巨頭Wolfspeeed、意法半導(dǎo)體等加速發(fā)展8英寸碳化硅。而國內(nèi)市場來看，碳化硅設(shè)備、襯底及外延環(huán)節(jié)亦迎來突破性進(jìn)展，并且多家行業(yè)龍頭選擇與國際功率半導(dǎo)體巨頭聯(lián)手。
針對8英寸碳化硅襯底布局，TrendForce集邦咨詢旗下化合物半導(dǎo)體市場此前統(tǒng)計，目前國內(nèi)有10家企業(yè)和機構(gòu)在研發(fā)8英寸襯底，包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進(jìn)、南砂晶圓、同光股份、中科院物理所、山東大學(xué)、天科合達(dá)、科友半導(dǎo)體、乾晶半導(dǎo)體等。
今年來，國內(nèi)廠商在8英寸碳化硅襯底方面取得了何種成績以及部分產(chǎn)能如何？
科友半導(dǎo)體
2023年4月，科友半導(dǎo)體8英寸SiC中試線正式貫通并進(jìn)入中試線生產(chǎn)，打破了國際在寬禁帶半導(dǎo)體關(guān)鍵材料的限制和封鎖。
2023年6月，科友半導(dǎo)體突破了8英寸SiC量產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，并在晶體尺寸、厚度、缺陷控制、生長速率、制備成本、及裝備穩(wěn)定性等方面取得進(jìn)步，其中，8英寸SiC中試線平均長晶良率已突破50%，晶體厚度15mm以上。
2023年9月，科友半導(dǎo)體首批自產(chǎn)8英寸SiC襯底于科友產(chǎn)學(xué)研聚集區(qū)襯底加工車間成功下線，這標(biāo)志著科友在8英寸SiC襯底加工，以及大尺寸襯底產(chǎn)業(yè)化方面邁出了堅實一步。
乾晶半導(dǎo)體
2023年5月，乾晶半導(dǎo)體成功生長出厚度達(dá)27毫米的8英寸n型碳化硅單晶錠。據(jù)悉，其8英寸碳化硅晶體生長技術(shù)于2023年四季度轉(zhuǎn)入蕭山研發(fā)中心進(jìn)行中試。
9月下旬，乾晶半導(dǎo)體與譜析光晶、綠能芯創(chuàng)簽訂三方戰(zhàn)略合作協(xié)議。三方約定緊密配合、共同投入開發(fā)及驗證應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的SiC相關(guān)產(chǎn)品，簽約同時項目啟動（9月），并簽訂了5年內(nèi)4.5億的意向訂單。
10月12日，乾晶半導(dǎo)體（衢州）有限公司（以下簡稱“乾晶半導(dǎo)體（衢州）”）碳化硅襯底項目中試線主廠房結(jié)頂儀式在智造新城東港八路78號一期地塊舉行。
該項目總占地面積22畝，總建筑面積約19000平方米，第一期總投資約3億元，計劃建成碳化硅6/8英寸單晶生長和襯底加工的中試基地。第一期項目將在2023年底具備設(shè)備搬入條件。
乾晶半導(dǎo)體透露稱，隨著衢州生產(chǎn)基地項目一期到三期的分批建成，乾晶將逐步實現(xiàn)年產(chǎn)60萬片碳化硅6-8寸襯底供給能力。
南砂晶圓
今年6月，南砂晶圓啟動濟(jì)南中晶芯源基地建設(shè)，規(guī)劃產(chǎn)能50萬片，增加8英寸比例，項目計劃在2025年滿產(chǎn)達(dá)產(chǎn)，屆時預(yù)計產(chǎn)值達(dá)到50億元以上。
8月，據(jù)《無機材料學(xué)報》消息，山東大學(xué)與南砂晶圓在8英寸SiC襯底位錯缺陷控制方面取得了重大突破，使用物理氣相傳輸法實現(xiàn)了近“零螺位錯（TSD）”密度和低基平面位錯（BPD）密度的8英寸導(dǎo)電型4H-SiC單晶襯底制備，其中螺位錯密度為0.55 cm-2，基平面位錯密度為202 cm-2。
研究團(tuán)隊認(rèn)為，近“零TSD”和低BPD密度的8英寸SiC襯底制備，有助于加快國產(chǎn)8英寸SiC襯底的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提升市場競爭力。
合盛硅業(yè)
5月，合盛硅業(yè)披露8英寸碳化硅襯底研發(fā)順利，已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)。合盛半導(dǎo)體SiC項目營銷部負(fù)責(zé)人當(dāng)時表示，公司已完整掌握了Sic材料的原料合成、晶體生長襯底加工等全產(chǎn)業(yè)鏈核心工藝技術(shù)，突破了關(guān)鍵材料多孔石墨、涂層材料) 和裝備的技術(shù)壁壘。
截止目前，合盛2萬片寬禁帶半導(dǎo)體SiC襯底產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線項目已通過驗收，并具備量產(chǎn)能力。
同光股份
4月，據(jù)“河北黨員教育”消息，河北同光半導(dǎo)體股份有限公司（同光股份）歷經(jīng)2年多的研發(fā)，8英寸導(dǎo)電型碳化硅晶體樣品已經(jīng)出爐。預(yù)計這款新產(chǎn)品年底可實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，將被客戶制為功率芯片。
2021年9月，同光晶體碳化硅單晶淶源項目正式投產(chǎn)，項目總投資10億元，計劃增購單晶生長爐600臺，滿產(chǎn)后達(dá)到年產(chǎn)10萬片生產(chǎn)能力。
同光科技董事長鄭清超當(dāng)時表示，下一步，公司正謀劃建設(shè)2000臺碳化硅晶體生長爐生長基地，以及年產(chǎn)60萬片碳化硅單晶襯底加工基地，擬總投資40億元。預(yù)計2025年末實現(xiàn)滿產(chǎn)運營，預(yù)計新增產(chǎn)值40-50億元，成為全球重要的碳化硅單晶襯底供應(yīng)商。
天科合達(dá)
2023年1月，天科合達(dá)研發(fā)團(tuán)隊在《人工晶體學(xué)報》上發(fā)表8英寸導(dǎo)電型SiC單晶襯底制備與表征重要文章。根據(jù)內(nèi)容，天科合達(dá)研發(fā)團(tuán)隊使用物理氣相傳輸法(PVT)通過擴(kuò)徑技術(shù)制備出直徑為209 mm的4H-SiC單晶，并通過多線切割、研磨和拋光等一系列加工工藝制備出標(biāo)準(zhǔn)8英寸SiC單晶襯底。
5月，天科合達(dá)與英飛凌簽訂了一份長期協(xié)議，為其供應(yīng)碳化硅材料。根據(jù)該協(xié)議，第一階段將側(cè)重于150毫米碳化硅材料的供應(yīng)，并將提供200毫米直徑碳化硅材料，幫助英飛凌向200毫米（8英寸）直徑晶圓的過渡。
此外，8月8日，天科合達(dá)全資子公司江蘇天科合達(dá)碳化硅晶片二期擴(kuò)產(chǎn)項目開工。二期項目將新增16萬片產(chǎn)能，并計劃明年6月份建設(shè)完成，同年8月份竣工投產(chǎn)，屆時江蘇天科合達(dá)總產(chǎn)能將達(dá)到23萬片。
晶盛機電
晶盛機電已成功生長出8英寸N型碳化硅晶體，完成了6英寸到8英寸的擴(kuò)徑和質(zhì)量迭代，實現(xiàn)8英寸拋光片的開發(fā)，解決了8英寸SiC晶體生長過程中溫場不均、晶體開裂、氣相原料分布等難點問題。
6月27日，晶盛機電帶來了碳化硅設(shè)備方面的新消息，即成功研發(fā)出8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備，可兼容6、8寸碳化硅外延生產(chǎn)。
目前，該公司在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎(chǔ)上，已實現(xiàn)8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備的自主研發(fā)與調(diào)試，外延的厚度均勻性1.5%以內(nèi)、摻雜均勻性4%以內(nèi)，已達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。
三安光電
今年6月，三安光電宣布與意法半導(dǎo)體在重慶成立合資公司，雙方將新建一座8英寸碳化硅器件制造廠。該工廠全部建設(shè)總額預(yù)計約達(dá)32億美元，計劃于2025年第四季度開始生產(chǎn)，2028年全面建廠，將采用ST的碳化硅專利制造工藝技術(shù)生產(chǎn)碳化硅器件。
合資公司持股方面，三安光電下屬子公司湖南三安半導(dǎo)體持股比例為51%，意法半導(dǎo)體持股比例為49%。此外，意法半導(dǎo)體稱，新合資廠將助力公司實現(xiàn)到2030年取得50億美元以上的碳化硅營收目標(biāo)。
9月，湖南三安半導(dǎo)體首發(fā)8英寸碳化硅襯底，適用于電力電子。資料顯示，湖南三安半導(dǎo)體是國內(nèi)為數(shù)不多的碳化硅垂直產(chǎn)業(yè)鏈制造平臺，其碳化硅產(chǎn)能已達(dá)12000片/月，硅基氮化鎵產(chǎn)能2000片/月。湖南三安二期工程將于2023年貫通，達(dá)產(chǎn)后配套年產(chǎn)能將達(dá)到36萬片。
10月23日，三安光電宣布，旗下子公司湖南三安8英寸碳化硅襯底已完成開發(fā)，產(chǎn)品進(jìn)入小批量生產(chǎn)及送樣階段。湖南三安依托精準(zhǔn)熱場控制的自主PVT工藝，8英寸碳化硅襯底實現(xiàn)更低成本及更低缺陷密度，后續(xù)將持續(xù)提升良率，加快設(shè)備調(diào)試與工藝優(yōu)化，并持續(xù)推進(jìn)湖南與重慶工廠量產(chǎn)進(jìn)程。
天岳先進(jìn)
5月，天岳先進(jìn)與英飛凌簽訂了一項新的襯底和晶棒供應(yīng)協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，天岳先進(jìn)將為英飛凌供應(yīng)150毫米碳化硅襯底和晶棒，第一階段將側(cè)重于150毫米碳化硅材料，但天岳先進(jìn)將助力英飛凌向200毫米（8英寸）直徑碳化硅晶圓過渡。
此外，英飛凌正著力提升碳化硅產(chǎn)能，以實現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場份額的目標(biāo)。英飛凌預(yù)計，到2027年，其碳化硅產(chǎn)能將增長10倍。
6月，天岳先進(jìn)采用液相法制備出了低缺陷的8英寸晶體，通過熱場、溶液設(shè)計和工藝創(chuàng)新突破了碳化硅單晶高質(zhì)量生長界面控制和缺陷控制難題。除了產(chǎn)品尺寸，在大尺寸單晶高效制備方面，采用公司最新技術(shù)制備的晶體厚度已突破60mm，而這對提升產(chǎn)能具有重要意義。（文：全球半導(dǎo)體觀察）
更多SiC和GaN的市場資訊，請關(guān)注微信公眾賬號：集邦化合物半導(dǎo)體。