當(dāng)前，全球半導(dǎo)體景氣正逐漸回升，存儲(chǔ)芯片、半導(dǎo)體設(shè)備、第三代半導(dǎo)體等細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈熱鬧不斷。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體代表產(chǎn)品之一，近年來(lái)憑借獨(dú)有的特性在新能源汽車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域過(guò)得風(fēng)生水起，其制備工藝日益成熟，現(xiàn)如今碳化硅已成為一條具有完整供應(yīng)鏈體系的成熟產(chǎn)業(yè)，也是業(yè)界十分關(guān)注的重點(diǎn)市場(chǎng)。

近期，碳化硅市場(chǎng)再傳來(lái)簽單、開(kāi)工等佳音，其中不乏有意法半導(dǎo)體、英飛凌、三安光電、羅姆、Wolfspeed等大廠(chǎng)身影。

碳化硅簽單不斷

企業(yè)鎖定后方供應(yīng)鏈

新能源汽車(chē)、5G通訊、數(shù)據(jù)中心以及光伏等熱門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)需求，碳化硅市場(chǎng)規(guī)模開(kāi)始爆發(fā)。在此背景下，全球碳化硅相關(guān)廠(chǎng)商正在不斷尋求合作，保障供應(yīng)鏈體系，以及擴(kuò)充產(chǎn)能，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。并且業(yè)界認(rèn)為，市場(chǎng)訂單能見(jiàn)度有望持續(xù)保持高水平。

碳化硅市場(chǎng)近期再現(xiàn)10個(gè)訂單。其中，包括羅姆集團(tuán)旗下SiCrystal與意法半導(dǎo)體新簽協(xié)議，擴(kuò)大碳化硅襯底供應(yīng)；世紀(jì)金芯與日本某客戶(hù)簽訂了SiC襯底片訂單；創(chuàng)微微電子中標(biāo)碳化硅設(shè)備訂單；羲和未來(lái)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(dǎo)體器件；全球半導(dǎo)體測(cè)試和老化設(shè)備供應(yīng)商Aehr的FOX-NP SiC MOSFET多晶圓測(cè)試和老化系統(tǒng)獲得美企訂單；Axcelis交付多批離子注入設(shè)備.....

值得一提的是，愛(ài)思強(qiáng)接連斬獲兩份訂單：愛(ài)思強(qiáng)與Wolfspeed在2023年Q3-Q4期間簽訂了多個(gè)SiC設(shè)備訂單；愛(ài)思強(qiáng)G10-SiC外延生產(chǎn)平臺(tái)將批量交付給Vishay NWF車(chē)規(guī)晶圓廠(chǎng)。據(jù)悉，Vishay是一家分立半導(dǎo)體和無(wú)源電子元件制造商。


車(chē)規(guī)缺貨 長(zhǎng)單頻現(xiàn)

“目前，車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅器件缺貨，預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)都供不應(yīng)求。”某國(guó)內(nèi)頭部碳化硅器件廠(chǎng)商相關(guān)人士在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，當(dāng)前碳化硅市場(chǎng)處于結(jié)構(gòu)性缺貨中，車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品持續(xù)短缺，風(fēng)光儲(chǔ)需求也在增長(zhǎng)。博世中國(guó)執(zhí)行副總裁徐大全也表示，由于新能源汽車(chē)快速發(fā)展，碳化硅芯片在未來(lái)2至3年都將呈現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)。

對(duì)于車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅市場(chǎng)規(guī)模，林志東給記者算了一筆賬：一塊主驅(qū)動(dòng)需要48顆碳化硅芯片，一個(gè)車(chē)載充電器（OBC）需要6顆碳化硅二極管，而現(xiàn)在，一片碳化硅晶圓只夠裝備兩輛電動(dòng)汽車(chē)。假設(shè)到2025年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量是2000萬(wàn)輛，碳化硅器件滲透率達(dá)到30%至40%，那么對(duì)應(yīng)的年缺口則為300萬(wàn)片6英寸晶圓。

巨大的市場(chǎng)缺口之下，國(guó)內(nèi)外大公司尋求簽訂長(zhǎng)單成為行業(yè)“新常態(tài)”。除了三安光電手握巨額訂單，天岳先進(jìn)與天科合達(dá)均于5月3日在官網(wǎng)披露，其與英飛凌簽訂了一份長(zhǎng)期協(xié)議，為后者提供高質(zhì)量且有競(jìng)爭(zhēng)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(guò)渡。

同時(shí)，面對(duì)潛在的發(fā)展機(jī)遇，碳化硅公司紛紛加快“上車(chē)”（車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用）。林志東介紹，三安光電目前有7款產(chǎn)品通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證并開(kāi)始逐步出貨，其中在車(chē)載充電器（OBC）客戶(hù)端處于驗(yàn)證導(dǎo)入階段；車(chē)規(guī)級(jí)1200V MOSFET芯片已在戰(zhàn)略客戶(hù)處進(jìn)行模塊驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2024年正式量產(chǎn)。斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、華潤(rùn)微也紛紛在2022年年報(bào)中披露了車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅產(chǎn)品進(jìn)展情況。

“風(fēng)光儲(chǔ)對(duì)碳化硅的需求也在穩(wěn)定增長(zhǎng)?！鄙鲜鰢?guó)內(nèi)頭部碳化硅器件廠(chǎng)商相關(guān)人士告訴記者，光伏逆變器已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模使用碳化硅器件，碳化硅的耐高壓優(yōu)勢(shì)使得其在風(fēng)能、儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

而在新能源汽車(chē)、風(fēng)光儲(chǔ)等行業(yè)需求拉動(dòng)下，碳化硅公司相關(guān)業(yè)務(wù)正步入高速發(fā)展期。

四國(guó)爭(zhēng)雄各具實(shí)力

巨大的發(fā)展前景使得越來(lái)越多國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)投入碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之中。從目前市場(chǎng)格局來(lái)看，正在逐步形成美、歐、日、中四個(gè)產(chǎn)業(yè)集中的區(qū)域。

美國(guó)占據(jù)主導(dǎo)地位。美國(guó)廠(chǎng)商在碳化硅領(lǐng)域仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位。Wolfspeed和安森美半導(dǎo)體在全球碳化硅市場(chǎng)的地位都十分穩(wěn)固。近來(lái)，Wolfspeed開(kāi)始積極強(qiáng)化與下游的合作，計(jì)劃與汽車(chē)零部件供應(yīng)商采埃孚合作，投資30億美元在德國(guó)薩爾州建設(shè)半導(dǎo)體廠(chǎng)，此外還與梅賽德斯-奔馳達(dá)成合作，將為其供應(yīng)碳化硅器件。此前，Wolfspeed宣布將在美國(guó)北卡羅來(lái)納州建造一座價(jià)值數(shù)十億美元的新工廠(chǎng)，預(yù)計(jì)2030年完工；同時(shí)在美國(guó)紐約州建設(shè)全球首座8英寸碳化硅工廠(chǎng)，總投資達(dá)到50億美元。Wolfspeed公司首席技術(shù)官John Palmour表示，新工廠(chǎng)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(kāi)始在布局碳化硅市場(chǎng)，2015年完成了對(duì)仙童半導(dǎo)體的收購(gòu)、2021年完成了對(duì)美國(guó)GTAT的收購(gòu)，增強(qiáng)自身碳化硅的供應(yīng)能力。安森美計(jì)劃繼續(xù)投資增加GTAT的制造設(shè)施，提高產(chǎn)能。

歐洲強(qiáng)化垂直整合。歐洲碳化硅企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、器件等領(lǐng)域具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，如英飛凌和意法半導(dǎo)體等。目前歐洲廠(chǎng)商正通過(guò)垂直化整合，加大擴(kuò)產(chǎn)力度，不斷強(qiáng)化在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。今年2月，英飛凌宣布投資超過(guò)20億歐元，擴(kuò)大在馬來(lái)西亞的碳化硅工廠(chǎng)產(chǎn)能，將在2024年下半年投入運(yùn)營(yíng)；意法半導(dǎo)體表示將在未來(lái)4年內(nèi)大幅提高晶圓產(chǎn)能，計(jì)劃到2024年將碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍。2021年11月，德、法等歐洲7國(guó)的34家實(shí)體聯(lián)合發(fā)起“碳化硅價(jià)值鏈項(xiàng)目”，在歐洲建立完整可控的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，維持從材料、襯底、器件、封裝、電力電子應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)力。

日本碳化硅火力全開(kāi)。日本企業(yè)在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的實(shí)力一直相對(duì)穩(wěn)固，目前瞄準(zhǔn)電動(dòng)汽車(chē)需求擴(kuò)大，紛紛增產(chǎn)節(jié)碳化硅。東芝計(jì)劃在2025年度之前把生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到2020年度的10倍。羅姆將投資500億日元強(qiáng)化碳化碳生產(chǎn)。日本富士電機(jī)也在考慮將碳化硅產(chǎn)品的投產(chǎn)時(shí)間比原計(jì)劃的2025年提前半年至一年。三菱電機(jī)表示，正在加強(qiáng)對(duì) SiC 的努力，將獨(dú)特的制造工藝應(yīng)用于溝槽 MOSFET 以進(jìn)一步提高性能和生產(chǎn)力之外。該公司還考慮制造 8 英寸碳化硅晶圓。

中國(guó)渡過(guò)產(chǎn)業(yè)化初期。我國(guó)碳化硅處于不斷加速階段。據(jù)中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)半導(dǎo)體材料分會(huì)統(tǒng)計(jì)我國(guó)從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已經(jīng)有30家（不包括中國(guó)電科46所、硅酸鹽所、浙江大學(xué)和天津理工大學(xué)等純研究機(jī)構(gòu)），近年來(lái)這些單位的規(guī)劃總投資已經(jīng)超過(guò)300億元，規(guī)劃總產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)180萬(wàn)片/年。部分企業(yè)度過(guò)了發(fā)展的初始階段。4月份，基本半導(dǎo)體在深圳的車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅芯片產(chǎn)線(xiàn)通線(xiàn)，主要產(chǎn)品為6英寸碳化硅MOSFET晶圓等。三安光電湖南碳化硅二期項(xiàng)目正推進(jìn)建設(shè)，產(chǎn)能已達(dá)1.2萬(wàn)片/月，硅基氮化鎵產(chǎn)能2000片/月；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(wàn)片。


8英寸破局之路

重在產(chǎn)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(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和速度高、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)異的物理性質(zhì)。碳化硅功率器件在新能源汽車(chē)、軌道交通、光伏發(fā)電、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域呈現(xiàn)出比硅功率器件更好的耐高溫、耐高壓特性。從制備環(huán)節(jié)上看，碳化硅器件主要分為襯底制備、外延、器件設(shè)計(jì)、器件制造、封測(cè)等環(huán)節(jié)，其中，碳化硅襯底占據(jù)價(jià)值鏈的最高點(diǎn)。

值得一提的是，從表中訂單內(nèi)容來(lái)看，有不少訂單鎖定8英寸產(chǎn)能供應(yīng)。從供應(yīng)鏈角度上看，近年來(lái)，碳化硅產(chǎn)業(yè)由6英寸加速向8英寸轉(zhuǎn)型，據(jù)此前全球半導(dǎo)體觀(guān)察此前文章統(tǒng)計(jì)，國(guó)際方面8英寸晶圓制造已邁向量產(chǎn)前夕，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商方面則有更多廠(chǎng)家具備量產(chǎn)能力，產(chǎn)業(yè)鏈條進(jìn)一步完善成熟。

從國(guó)際動(dòng)態(tài)上看，Wolfspeed、英飛凌、博世、onsemi等海外公司的8英寸晶圓量產(chǎn)時(shí)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(yù)計(jì)2024年第二季產(chǎn)能利用率達(dá)20％以上；onsemi在2024年韓國(guó)廠(chǎng)正式運(yùn)行，預(yù)計(jì)今年產(chǎn)能為去年的1.7倍，2026年產(chǎn)能規(guī)劃約為80萬(wàn)片；英飛凌透露今年居林廠(chǎng)開(kāi)始量產(chǎn)8英寸碳化硅和氮化鎵器件，預(yù)計(jì)到2027年產(chǎn)能約為80萬(wàn)片，為2023年初的10倍。

而國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商方面，雖然在量產(chǎn)時(shí)間上與國(guó)際大廠(chǎng)仍然存在一定時(shí)間差，但是目前天岳先進(jìn)、天科合達(dá)兩家大廠(chǎng)已經(jīng)成功打入全球?qū)щ娦吞蓟枰r底材料市場(chǎng)前十榜單；天域半導(dǎo)體則在碳化硅外延片處于領(lǐng)先地位。

從近期技術(shù)研發(fā)動(dòng)態(tài)上看，科友半導(dǎo)體于3月27日與俄羅斯N公司在哈爾濱簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開(kāi)展“八英寸碳化硅完美籽晶”的項(xiàng)目合作，雙方將研發(fā)獲得“無(wú)微管，低位錯(cuò)”完美籽晶，應(yīng)用品質(zhì)優(yōu)異的籽晶進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，會(huì)進(jìn)一步大幅降低8英寸碳化硅晶體內(nèi)部的微管、位錯(cuò)等缺陷密度。據(jù)悉，科友半導(dǎo)體8英寸SiC中試線(xiàn)平均長(zhǎng)晶良率已突破50%，晶體厚度15mm以上。

世紀(jì)金芯、青禾晶元等企業(yè)也表示研發(fā)已有所突破。世紀(jì)金芯突破了8英寸SiC關(guān)鍵技術(shù)，其開(kāi)發(fā)的8寸SiC單晶生長(zhǎng)技術(shù)可重復(fù)生長(zhǎng)出4H晶型100%、直徑大于200mm、厚度超過(guò)10mm的晶體，8寸加工線(xiàn)也同步建成，將配套8寸單晶生長(zhǎng)。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化工藝，預(yù)期公司的8寸SiC晶錠厚度將達(dá)到20mm以上。

青禾晶元已成功制備了8英寸SiC鍵合襯底。對(duì)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(chǎn)出可增加80-90％，SiC晶圓升級(jí)到8英寸將會(huì)給汽車(chē)和工業(yè)客戶(hù)帶來(lái)重大收益，因此，SiC晶圓走向8英寸是業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)。此外，該公司認(rèn)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(chǎn)進(jìn)程，為產(chǎn)業(yè)界客戶(hù)提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。

據(jù)全球市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢(xún)此前表示，從6英寸升級(jí)到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產(chǎn)量，8英寸能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉(zhuǎn)型，是降低SiC器件成本的可行之法。同時(shí)8英寸襯底厚度增加有助于在加工時(shí)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(chǎng)商積極布局8英寸，技術(shù)方面持續(xù)突破，有助于推動(dòng)良率提升，對(duì)于未來(lái)8英寸大規(guī)模普及意義重大。