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SiC，進入八英寸時代！

半導(dǎo)體行業(yè)觀察
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2022-03-16 14:19
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近些年來，隨著汽車和工業(yè)的升級，以SiC為代表的第三代化合物開始受到行業(yè)的青睞。但受到成本的影響，SiC的市場還處于爆發(fā)的前夕。從實際情況上看，目前多數(shù)SiC都采用的4英寸、6英寸晶圓進行生產(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英寸制造將會在很大程度上降低SiC的應(yīng)用成本，因而，SiC何時才能邁進8英寸時代也成為了產(chǎn)業(yè)聚焦的熱點之一。
日前，意法半導(dǎo)體（簡稱ST）所宣布的一則消息，則讓產(chǎn)業(yè)看到了8英寸SiC時代到來的希望——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。晶圓升級到200mm標志著擴大產(chǎn)能，以及支持汽車和工業(yè)市場實現(xiàn)系統(tǒng)和產(chǎn)品電氣化的計劃取得階段性成功。
那么，目前國內(nèi)外8英寸SiC的情況到底如何，8英寸SiC時代才能真正開啟？

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)開始從8英寸邁向了12英寸，硅晶圓的生產(chǎn)經(jīng)驗是否可以助力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。”
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。”和巍巍博士指出：“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(yīng)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(fā)。”
顯然，SiC向更大晶圓面積發(fā)展的路并不好走，在這一點上，從SiC從4英寸走向6英寸的過程中便可略窺一二——據(jù) Yole 預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，2020 年4英寸SiC晶圓接近 10 萬片，而 6英寸晶圓市場需求已超過8萬片，預(yù)計將在2030年逐步超越4英寸晶圓。
如此來看，8英寸SiC市場還處于爆發(fā)的前夜，那么，國內(nèi)外廠商是如何備戰(zhàn)8英寸SiC時代的帶來？他們現(xiàn)在的處于怎樣一種情況。

全球八英寸SiC現(xiàn)狀

從目前全球市場情況來看，目前SiC市場主要由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外廠商占據(jù)著。同時，根據(jù)市場的公開資料顯示，這些廠商在進入6英寸生產(chǎn)后，在近兩年來，其中一部分廠商又對其6英寸產(chǎn)線進行了擴產(chǎn)，并在積極推動SiC向8英寸發(fā)展。
從他們對8英寸SiC的布局進程上看，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，并由多家國際巨頭IDM廠家進行了采購。
在國際知名大廠中，Cree（科銳）、II-VI（高意）、SiCrystal（羅姆集團旗下子公司）、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，正在美國達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)計劃來看，Cree的計劃是在2024年8英寸SiC晶圓工廠規(guī)劃達產(chǎn)；今年4月，II-VI也表示，未來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2023年左右開始量產(chǎn)8英寸襯底，以2025年為目標，量產(chǎn)8英寸SiC襯底器件。
和巍巍博士認為，隨著8英寸SiC的到來，8英寸SiC可能會為產(chǎn)業(yè)帶來以下幾方面改變：
1.價格進一步降低：8英寸SiC量產(chǎn)后，器件價格相比于6英寸SiC進一步降低。
2.市場進一步發(fā)展：隨著價格的進一步降低，碳化硅產(chǎn)品將進入更多的市場。
3.競爭進一步加劇：小尺寸（4英寸）碳化硅晶圓廠將逐步因為成本原因被淘汰。8英寸是目前硅基功率半導(dǎo)體的主流尺寸，當8英寸碳化硅成為市場主流后，更多的硅基半導(dǎo)體巨頭將加入碳化硅的競爭中。
4.核心技術(shù)重要性凸顯：隨著技術(shù)不斷發(fā)展，因為性能差距造成的成本差距將更為明顯，技術(shù)能力相對薄弱的廠商將被逐漸淘汰。

國內(nèi)八英寸SiC情況

從國內(nèi)情況來看，國內(nèi)在6英寸SiC產(chǎn)線上已經(jīng)有所成績，國內(nèi)已知的6英寸SiC生產(chǎn)線有中電55所、中國中車、三安光電、華潤微電子、積塔、燕東微電子（與深圳基本半導(dǎo)體共建）、國家電網(wǎng)等，碳化硅肖特基二極管制造水平緊跟國際大廠，大規(guī)模量產(chǎn)通過可靠性驗證的MOSFET也技術(shù)日趨成熟。
根據(jù)安信證券的調(diào)研報告也顯示，國內(nèi)6英寸產(chǎn)線正在爬良過程中，未來 有望進一步提升，同時在加速進行對8英寸產(chǎn)線的研發(fā)。
就國內(nèi)8英寸SiC產(chǎn)線的發(fā)展進程上看，國內(nèi)已有一些公司和單位作為預(yù)研項目進行立項。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)天科合達在科創(chuàng)板公布的招股書顯示，其在2020年也啟動了8英寸SiC晶片的研發(fā)。
同時，和巍巍博士也指出，要推進8英寸產(chǎn)線建設(shè)、加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要社會各方、各位同行及上下游合作伙伴攜手合作、共同努力，例如：襯底廠商進一步獲得低缺陷密度的晶體，并在襯底切割領(lǐng)域進一步降低翹曲；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設(shè)計，降低量產(chǎn)成本，以應(yīng)對國際廠商的沖擊；下游應(yīng)用端提供國產(chǎn)器件的測試、應(yīng)用平臺和機會，加快國產(chǎn)替代，扶持國產(chǎn)器件廠商，與器件廠商共同成長。
因此，我們也注意到了與8英寸SiC產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的國內(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)基地開工，按照他們的計劃，將在第二期、第三期分別達成年產(chǎn) 10 萬片 8 英寸襯底片（二期）、年產(chǎn) 10 萬片 8 英寸外延片和年產(chǎn) 15 萬片 8 英寸襯底片（三期）的建設(shè)。

寫在最后

8英寸SiC的到來的確能夠為產(chǎn)業(yè)帶來一些變化，但和巍巍博士也指出，相對于4英寸到6英寸的里程碑式轉(zhuǎn)變，6英寸過渡到8英寸還需要一段時間。在未來一段時間內(nèi)，6英寸產(chǎn)線還是會占據(jù)主流地位。
而這種市場情況，對于國內(nèi)廠商來說，在仰望先進技術(shù)的同時，腳踏實地才是促進國內(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、改進工藝技術(shù)，我們一定能夠迎頭趕上。”

*免責聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

本文來自微信公眾號 “半導(dǎo)體行業(yè)觀察”（ID：icbank），作者：蔣思瑩，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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