碳化硅企業忙擴產忙競爭，最有效的“手段”是產能與良率

當前，全球半導體景氣正逐漸回升，存儲芯片、半導體設備、第三代半導體等細分產業鏈熱鬧不斷。碳化硅作為第三代半導體代表產品之一，近年來憑借獨有的特性在新能源汽車等應用領域過得風生水起，其制備工藝日益成熟，現如今碳化硅已成為一條具有完整供應鏈體系的成熟產業，也是業界十分關注的重點市場。

近期，碳化硅市場再傳來簽單、開工等佳音，其中不乏有意法半導體、英飛凌、三安光電、羅姆、Wolfspeed等大廠身影。

碳化硅簽單不斷

企業鎖定后方供應鏈

新能源汽車、5G通訊、數據中心以及光伏等熱門應用領域拉動需求，碳化硅市場規模開始爆發。在此背景下，全球碳化硅相關廠商正在不斷尋求合作，保障供應鏈體系，以及擴充產能，以滿足市場需求。并且業界認為，市場訂單能見度有望持續保持高水平。

碳化硅市場近期再現10個訂單。其中，包括羅姆集團旗下SiCrystal與意法半導體新簽協議，擴大碳化硅襯底供應；世紀金芯與日本某客戶簽訂了SiC襯底片訂單；創微微電子中標碳化硅設備訂單；羲和未來科技與英飛凌簽訂一份合作伙伴備忘錄，后者將為前者提供SiC等功率半導體器件；全球半導體測試和老化設備供應商Aehr的FOX-NP SiC MOSFET多晶圓測試和老化系統獲得美企訂單；Axcelis交付多批離子注入設備.....

值得一提的是，愛思強接連斬獲兩份訂單：愛思強與Wolfspeed在2023年Q3-Q4期間簽訂了多個SiC設備訂單；愛思強G10-SiC外延生產平臺將批量交付給Vishay NWF車規晶圓廠。據悉，Vishay是一家分立半導體和無源電子元件制造商。


車規缺貨 長單頻現

“目前，車規級碳化硅器件缺貨，預計未來一段時間內都供不應求。”某國內頭部碳化硅器件廠商相關人士在接受記者采訪時表示，當前碳化硅市場處于結構性缺貨中，車規級產品持續短缺，風光儲需求也在增長。博世中國執行副總裁徐大全也表示，由于新能源汽車快速發展，碳化硅芯片在未來2至3年都將呈現供不應求的態勢。

對于車規級碳化硅市場規模，林志東給記者算了一筆賬：一塊主驅動需要48顆碳化硅芯片，一個車載充電器（OBC）需要6顆碳化硅二極管，而現在，一片碳化硅晶圓只夠裝備兩輛電動汽車。假設到2025年全球新能源汽車銷量是2000萬輛，碳化硅器件滲透率達到30%至40%，那么對應的年缺口則為300萬片6英寸晶圓。

巨大的市場缺口之下，國內外大公司尋求簽訂長單成為行業“新常態”。除了三安光電手握巨額訂單，天岳先進與天科合達均于5月3日在官網披露，其與英飛凌簽訂了一份長期協議，為后者提供高質量且有競爭力的6英寸碳化硅襯底和晶棒，并助力其向8英寸碳化硅晶圓過渡。

同時，面對潛在的發展機遇，碳化硅公司紛紛加快“上車”（車規級應用）。林志東介紹，三安光電目前有7款產品通過車規級認證并開始逐步出貨，其中在車載充電器（OBC）客戶端處于驗證導入階段；車規級1200V MOSFET芯片已在戰略客戶處進行模塊驗證，預計2024年正式量產。斯達半導、士蘭微、華潤微也紛紛在2022年年報中披露了車規級碳化硅產品進展情況。

“風光儲對碳化硅的需求也在穩定增長。”上述國內頭部碳化硅器件廠商相關人士告訴記者，光伏逆變器已經開始大規模使用碳化硅器件，碳化硅的耐高壓優勢使得其在風能、儲能領域具有廣闊應用前景。

而在新能源汽車、風光儲等行業需求拉動下，碳化硅公司相關業務正步入高速發展期。

四國爭雄各具實力

巨大的發展前景使得越來越多國家和地區的企業投入碳化硅產業的發展之中。從目前市場格局來看，正在逐步形成美、歐、日、中四個產業集中的區域。

美國占據主導地位。美國廠商在碳化硅領域仍舊占據主導地位。Wolfspeed和安森美半導體在全球碳化硅市場的地位都十分穩固。近來，Wolfspeed開始積極強化與下游的合作，計劃與汽車零部件供應商采埃孚合作，投資30億美元在德國薩爾州建設半導體廠，此外還與梅賽德斯-奔馳達成合作，將為其供應碳化硅器件。此前，Wolfspeed宣布將在美國北卡羅來納州建造一座價值數十億美元的新工廠，預計2030年完工；同時在美國紐約州建設全球首座8英寸碳化硅工廠，總投資達到50億美元。Wolfspeed公司首席技術官John Palmour表示，新工廠最終將使碳化硅晶圓的制造能力增加13倍。安森美也很早就開始在布局碳化硅市場，2015年完成了對仙童半導體的收購、2021年完成了對美國GTAT的收購，增強自身碳化硅的供應能力。安森美計劃繼續投資增加GTAT的制造設施，提高產能。

歐洲強化垂直整合。歐洲碳化硅企業在設計、制造、器件等領域具備領先優勢，如英飛凌和意法半導體等。目前歐洲廠商正通過垂直化整合，加大擴產力度，不斷強化在該領域的競爭優勢。今年2月，英飛凌宣布投資超過20億歐元，擴大在馬來西亞的碳化硅工廠產能，將在2024年下半年投入運營；意法半導體表示將在未來4年內大幅提高晶圓產能，計劃到2024年將碳化硅晶圓產能提高到2017年的10倍。2021年11月，德、法等歐洲7國的34家實體聯合發起“碳化硅價值鏈項目”，在歐洲建立完整可控的碳化硅產業鏈，維持從材料、襯底、器件、封裝、電力電子應用的全產業鏈競爭力。

日本碳化硅火力全開。日本企業在功率半導體領域的實力一直相對穩固，目前瞄準電動汽車需求擴大，紛紛增產節碳化硅。東芝計劃在2025年度之前把生產規模擴大到2020年度的10倍。羅姆將投資500億日元強化碳化碳生產。日本富士電機也在考慮將碳化硅產品的投產時間比原計劃的2025年提前半年至一年。三菱電機表示，正在加強對 SiC 的努力，將獨特的制造工藝應用于溝槽 MOSFET 以進一步提高性能和生產力之外。該公司還考慮制造 8 英寸碳化硅晶圓。

中國渡過產業化初期。我國碳化硅處于不斷加速階段。據中國電子材料行業協會半導體材料分會統計我國從事碳化硅襯底研制的企業已經有30家（不包括中國電科46所、硅酸鹽所、浙江大學和天津理工大學等純研究機構），近年來這些單位的規劃總投資已經超過300億元，規劃總產能已經超過180萬片/年。部分企業度過了發展的初始階段。4月份，基本半導體在深圳的車規級碳化硅芯片產線通線，主要產品為6英寸碳化硅MOSFET晶圓等。三安光電湖南碳化硅二期項目正推進建設，產能已達1.2萬片/月，硅基氮化鎵產能2000片/月；二期工程將于2023年貫通，達產后配套年產能將達到36萬片。


8英寸破局之路

重在產能/良率

從特性上看，相較于硅，碳化硅具備禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和速度高、導熱系數高等優異的物理性質。碳化硅功率器件在新能源汽車、軌道交通、光伏發電、智能電網、航空航天等領域呈現出比硅功率器件更好的耐高溫、耐高壓特性。從制備環節上看，碳化硅器件主要分為襯底制備、外延、器件設計、器件制造、封測等環節，其中，碳化硅襯底占據價值鏈的最高點。

值得一提的是，從表中訂單內容來看，有不少訂單鎖定8英寸產能供應。從供應鏈角度上看，近年來，碳化硅產業由6英寸加速向8英寸轉型，據此前全球半導體觀察此前文章統計，國際方面8英寸晶圓制造已邁向量產前夕，國產廠商方面則有更多廠家具備量產能力，產業鏈條進一步完善成熟。

從國際動態上看，Wolfspeed、英飛凌、博世、onsemi等海外公司的8英寸晶圓量產時間集中于2024年下半年至2026年期間。其中：Wolfspeed 8英寸器件已公布，預計2024年第二季產能利用率達20％以上；onsemi在2024年韓國廠正式運行，預計今年產能為去年的1.7倍，2026年產能規劃約為80萬片；英飛凌透露今年居林廠開始量產8英寸碳化硅和氮化鎵器件，預計到2027年產能約為80萬片，為2023年初的10倍。

而國內廠商方面，雖然在量產時間上與國際大廠仍然存在一定時間差，但是目前天岳先進、天科合達兩家大廠已經成功打入全球導電型碳化硅襯底材料市場前十榜單；天域半導體則在碳化硅外延片處于領先地位。

從近期技術研發動態上看，科友半導體于3月27日與俄羅斯N公司在哈爾濱簽署戰略合作協議，開展“八英寸碳化硅完美籽晶”的項目合作，雙方將研發獲得“無微管，低位錯”完美籽晶，應用品質優異的籽晶進行晶體生長，會進一步大幅降低8英寸碳化硅晶體內部的微管、位錯等缺陷密度。據悉，科友半導體8英寸SiC中試線平均長晶良率已突破50%，晶體厚度15mm以上。

世紀金芯、青禾晶元等企業也表示研發已有所突破。世紀金芯突破了8英寸SiC關鍵技術，其開發的8寸SiC單晶生長技術可重復生長出4H晶型100%、直徑大于200mm、厚度超過10mm的晶體，8寸加工線也同步建成，將配套8寸單晶生長。通過進一步優化工藝，預期公司的8寸SiC晶錠厚度將達到20mm以上。

青禾晶元已成功制備了8英寸SiC鍵合襯底。對比6英寸SiC晶圓，8英寸SiC晶圓可用面積幾乎增加一倍，芯片產出可增加80-90％，SiC晶圓升級到8英寸將會給汽車和工業客戶帶來重大收益，因此，SiC晶圓走向8英寸是業界公認的發展趨勢。此外，該公司認為本次突破8英寸SiC鍵合襯底制備，有望加速8英寸SiC襯底量產進程，為產業界客戶提供更具競爭力的價格。

據全球市場研究機構TrendForce集邦咨詢此前表示，從6英寸升級到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產量，8英寸能夠生產的芯片數量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉型，是降低SiC器件成本的可行之法。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英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。各大廠商積極布局8英寸，技術方面持續突破，有助于推動良率提升，對于未來8英寸大規模普及意義重大。