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SiC，進入八英寸時代！

半導體行業觀察
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2022-03-16 14:19
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近些年來，隨著汽車和工業的升級，以SiC為代表的第三代化合物開始受到行業的青睞。但受到成本的影響，SiC的市場還處于爆發的前夕。從實際情況上看，目前多數SiC都采用的4英寸、6英寸晶圓進行生產，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的應用成本，因而，SiC何時才能邁進8英寸時代也成為了產業聚焦的熱點之一。
日前，意法半導體（簡稱ST）所宣布的一則消息，則讓產業看到了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下一代電力電子芯片的產品原型。晶圓升級到200mm標志著擴大產能，以及支持汽車和工業市場實現系統和產品電氣化的計劃取得階段性成功。
那么，目前國內外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

眾所周知，以硅基為材料的晶圓已經開始從8英寸邁向了12英寸，硅晶圓的生產經驗是否可以助力SiC晶圓向更大面積發展，與硅晶圓相比，SiC晶圓的生產難點又在哪里？
深圳基本半導體有限公司總經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。”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。”
顯然，SiC向更大晶圓面積發展的路并不好走，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 Yole 預測數據顯示，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市場還處于爆發的前夜，那么，國內外廠商是如何備戰8英寸SiC時代的帶來？他們現在的處于怎樣一種情況。

全球八英寸SiC現狀

從目前全球市場情況來看，目前SiC市場主要由Cree、英飛凌、羅姆半導體旗下SiCrystal、II－IV、新日鐵住金及道康寧等國外廠商占據著。同時，根據市場的公開資料顯示，這些廠商在進入6英寸生產后，在近兩年來，其中一部分廠商又對其6英寸產線進行了擴產，并在積極推動SiC向8英寸發展。
從他們對8英寸SiC的布局進程上看，目前在工藝、設備方面，已有外延爐、高溫氧化爐、高溫激活爐等設備商業化的8英寸設備銷售，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（意法半導體）等4家公司已擁有8英寸SiC襯底技術，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劃以8英寸SiC產品為主。II-VI和SiCrystal也已經對外展示了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計劃來看，Cree的計劃是在2024年8英寸SiC晶圓工廠規劃達產；今年4月，II-VI也表示，未來5年內，將SiC襯底的生產能力提高5至10倍，其中包括量產直徑8英寸的襯底；英飛凌方面則預計2023年左右開始量產8英寸襯底，以2025年為目標，量產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可能會為產業帶來以下幾方面改變：
1.價格進一步降低：8英寸SiC量產后，器件價格相比于6英寸SiC進一步降低。
2.市場進一步發展：隨著價格的進一步降低，碳化硅產品將進入更多的市場。
3.競爭進一步加?。盒〕叽纾?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，更多的硅基半導體巨頭將加入碳化硅的競爭中。
4.核心技術重要性凸顯：隨著技術不斷發展，因為性能差距造成的成本差距將更為明顯，技術能力相對薄弱的廠商將被逐漸淘汰。

國內八英寸SiC情況

從國內情況來看，國內在6英寸SiC產線上已經有所成績，國內已知的6英寸SiC生產線有中電55所、中國中車、三安光電、華潤微電子、積塔、燕東微電子（與深圳基本半導體共建）、國家電網等，碳化硅肖特基二極管制造水平緊跟國際大廠，大規模量產通過可靠性驗證的MOSFET也技術日趨成熟。
根據安信證券的調研報告也顯示，國內6英寸產線正在爬良過程中，未來 有望進一步提升，同時在加速進行對8英寸產線的研發。
就國內8英寸SiC產線的發展進程上看，國內已有一些公司和單位作為預研項目進行立項。這其中就包括，2020年10月，由中電科半導體持股的山西爍科晶體公司8英寸襯底片已經研發成功，即將量產；根據天科合達在科創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。
同時，和巍巍博士也指出，要推進8英寸產線建設、加快產業發展，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；器件廠商持續提高工藝能力及改進設計，降低量產成本，以應對國際廠商的沖擊；下游應用端提供國產器件的測試、應用平臺和機會，加快國產替代，扶持國產器件廠商，與器件廠商共同成長。
因此，我們也注意到了與8英寸SiC產業鏈相關的國內企業的布局，在設備和材料方面，2020年11月合肥露笑科技投資100億元建設的SIC設備制造、長晶生產、襯底加工、外延制作等產業鏈的研發和生產基地開工，按照他們的計劃，將在第二期、第三期分別達成年產 10 萬片 8 英寸襯底片（二期）、年產 10 萬片 8 英寸外延片和年產 15 萬片 8 英寸襯底片（三期）的建設。

寫在最后

8英寸SiC的到來的確能夠為產業帶來一些變化，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，6英寸產線還是會占據主流地位。
而這種市場情況，對于國內廠商來說，在仰望先進技術的同時，腳踏實地才是促進國內SiC產業發展的關鍵。和巍巍博士也表示：“相信隨著各家的持續加大投入、改進工藝技術，我們一定能夠迎頭趕上。”

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

本文來自微信公眾號 “半導體行業觀察”（ID：icbank），作者：蔣思瑩，36氪經授權發布。

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