SiC，進(jìn)入八英寸時(shí)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(lái)，隨著汽車(chē)和工業(yè)的升級(jí)，以SiC為代表的第三代化合物開(kāi)始受到行業(yè)的青睞。但受到成本的影響，SiC的市場(chǎng)還處于爆發(fā)的前夕。從實(shí)際情況上看，目前多數(shù)SiC都采用的4英寸、6英寸晶圓進(jìn)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(huì)在很大程度上降低SiC的應(yīng)用成本，因而，SiC何時(shí)才能邁進(jìn)8英寸時(shí)代也成為了產(chǎn)業(yè)聚焦的熱點(diǎn)之一。

日前，意法半導(dǎo)體（簡(jiǎn)稱(chēng)ST）所宣布的一則消息，則讓產(chǎn)業(yè)看到了8英寸SiC時(shí)代到來(lái)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(jí)到200mm標(biāo)志著擴(kuò)大產(chǎn)能，以及支持汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和產(chǎn)品電氣化的計(jì)劃取得階段性成功。

那么，目前國(guó)內(nèi)外8英寸SiC的情況到底如何，8英寸SiC時(shí)代才能真正開(kāi)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(kāi)始從8英寸邁向了12英寸，硅晶圓的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)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(guò)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(diǎn)主要集中在襯底生長(zhǎng)、襯底切割加工、氧化工藝。其中，襯底生長(zhǎng)方面，擴(kuò)徑到8英寸，對(duì)襯底生長(zhǎng)的難度會(huì)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(wèn)題越顯著；氧化工藝一直是碳化硅工藝中的核心難點(diǎn)，8英寸、6英寸對(duì)氣流和溫場(chǎng)的控制有不同需求，工藝需各自獨(dú)立開(kāi)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(diǎn)上，從SiC從4英寸走向6英寸的過(guò)程中便可略窺一二——據(jù) Yole 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2020 年4英寸SiC晶圓接近 10 萬(wàn)片，而 6英寸晶圓市場(chǎng)需求已超過(guò)8萬(wàn)片，預(yù)計(jì)將在2030年逐步超越4英寸晶圓。

如此來(lái)看，8英寸SiC市場(chǎng)還處于爆發(fā)的前夜，那么，國(guó)內(nèi)外廠商是如何備戰(zhàn)8英寸SiC時(shí)代的帶來(lái)？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(chǎng)情況來(lái)看，目前SiC市場(chǎng)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(guó)外廠商占據(jù)著。同時(shí)，根據(jù)市場(chǎng)的公開(kāi)資料顯示，這些廠商在進(jìn)入6英寸生產(chǎn)后，在近兩年來(lái)，其中一部分廠商又對(duì)其6英寸產(chǎn)線進(jìn)行了擴(kuò)產(chǎn)，并在積極推動(dòng)SiC向8英寸發(fā)展。

從他們對(duì)8英寸SiC的布局進(jìn)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(xiāo)售，并由多家國(guó)際巨頭IDM廠家進(jìn)行了采購(gòu)。

在國(guó)際知名大廠中，Cree（科銳）、II-VI（高意）、SiCrystal（羅姆集團(tuán)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(guó)達(dá)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(duì)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(jì)劃來(lái)看，Cree的計(jì)劃是在2024年8英寸SiC晶圓工廠規(guī)劃達(dá)產(chǎn)；今年4月，II-VI也表示，未來(lái)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(jì)2023年左右開(kāi)始量產(chǎn)8英寸襯底，以2025年為目標(biāo)，量產(chǎn)8英寸SiC襯底器件。

和巍巍博士認(rèn)為，隨著8英寸SiC的到來(lái)，8英寸SiC可能會(huì)為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)以下幾方面改變：

1.價(jià)格進(jìn)一步降低：8英寸SiC量產(chǎn)后，器件價(jià)格相比于6英寸SiC進(jìn)一步降低。

2.市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展：隨著價(jià)格的進(jìn)一步降低，碳化硅產(chǎn)品將進(jìn)入更多的市場(chǎng)。

3.競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇：小尺寸（4英寸）碳化硅晶圓廠將逐步因?yàn)槌杀驹虮惶蕴?英寸是目前硅基功率半導(dǎo)體的主流尺寸，當(dāng)8英寸碳化硅成為市場(chǎng)主流后，更多的硅基半導(dǎo)體巨頭將加入碳化硅的競(jìng)爭(zhēng)中。

4.核心技術(shù)重要性凸顯：隨著技術(shù)不斷發(fā)展，因?yàn)樾阅懿罹嘣斐傻某杀静罹鄬⒏鼮槊黠@，技術(shù)能力相對(duì)薄弱的廠商將被逐漸淘汰。

國(guó)內(nèi)八英寸SiC情況

從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)在6英寸SiC產(chǎn)線上已經(jīng)有所成績(jī)，國(guó)內(nèi)已知的6英寸SiC生產(chǎn)線有中電55所、中國(guó)中車(chē)、三安光電、華潤(rùn)微電子、積塔、燕東微電子（與深圳基本半導(dǎo)體共建）、國(guó)家電網(wǎng)等，碳化硅肖特基二極管制造水平緊跟國(guó)際大廠，大規(guī)模量產(chǎn)通過(guò)可靠性驗(yàn)證的MOSFET也技術(shù)日趨成熟。

根據(jù)安信證券的調(diào)研報(bào)告也顯示，國(guó)內(nèi)6英寸產(chǎn)線正在爬良過(guò)程中，未來(lái) 有望進(jìn)一步提升，同時(shí)在加速進(jìn)行對(duì)8英寸產(chǎn)線的研發(fā)。

就國(guó)內(nèi)8英寸SiC產(chǎn)線的發(fā)展進(jìn)程上看，國(guó)內(nèi)已有一些公司和單位作為預(yù)研項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)。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(dá)在科創(chuàng)板公布的招股書(shū)顯示，其在2020年也啟動(dòng)了8英寸SiC晶片的研發(fā)。

同時(shí)，和巍巍博士也指出，要推進(jìn)8英寸產(chǎn)線建設(shè)、加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要社會(huì)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(jìn)一步獲得低缺陷密度的晶體，并在襯底切割領(lǐng)域進(jìn)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(jìn)設(shè)計(jì)，降低量產(chǎn)成本，以應(yīng)對(duì)國(guó)際廠商的沖擊；下游應(yīng)用端提供國(guó)產(chǎn)器件的測(cè)試、應(yīng)用平臺(tái)和機(jī)會(huì)，加快國(guó)產(chǎn)替代，扶持國(guó)產(chǎn)器件廠商，與器件廠商共同成長(zhǎng)。

因此，我們也注意到了與8英寸SiC產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的國(guó)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(zhǎng)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(kāi)工，按照他們的計(jì)劃，將在第二期、第三期分別達(dá)成年產(chǎn) 10 萬(wàn)片 8 英寸襯底片（二期）、年產(chǎn) 10 萬(wàn)片 8 英寸外延片和年產(chǎn) 15 萬(wàn)片 8 英寸襯底片（三期）的建設(shè)。

寫(xiě)在最后

8英寸SiC的到來(lái)的確能夠?yàn)楫a(chǎn)業(yè)帶來(lái)一些變化，但和巍巍博士也指出，相對(duì)于4英寸到6英寸的里程碑式轉(zhuǎn)變，6英寸過(guò)渡到8英寸還需要一段時(shí)間。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，6英寸產(chǎn)線還是會(huì)占據(jù)主流地位。

而這種市場(chǎng)情況，對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，在仰望先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，腳踏實(shí)地才是促進(jìn)國(guó)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(jìn)工藝技術(shù)，我們一定能夠迎頭趕上。”

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本文來(lái)自微信公眾號(hào) “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。