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市調(diào)機(jī)構(gòu)Straits Research近日發(fā)布的一份研究報(bào)告顯示，2022年全球碳化硅晶圓市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)8.19億美元，2031年將增長(zhǎng)至29.49億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為15.30%，遠(yuǎn)超半導(dǎo)體行業(yè)的整體增速。碳化硅器件應(yīng)用面迅速擴(kuò)大，供應(yīng)持續(xù)吃緊，吸引越來越多企業(yè)大舉投入。目前的碳化硅產(chǎn)業(yè)仍以美、日、歐洲企業(yè)為主導(dǎo)，中國(guó)大陸廠商也在積極布局，已有超過50家國(guó)內(nèi)企業(yè)宣布以不同的形式涉足。面對(duì)這一輪碳化硅發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇期，中國(guó)企業(yè)不能“缺席”。
碳化硅材料具備耐高壓和高頻性質(zhì)，能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，電能消耗更少、散熱性能更佳，十分適合制造電動(dòng)車、5G通信、太陽(yáng)能光伏等行業(yè)所需功率半導(dǎo)體器件。有觀點(diǎn)甚至認(rèn)為碳化硅將是超越摩爾定律，推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
近年來，國(guó)際上幾家碳化硅龍頭大廠均有新的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。最大的碳化硅晶圓廠Wolfspeed日前宣布，計(jì)劃與汽車零部件供應(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；日本材料制造商Resonac（原昭和電工）將在2026年前把碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到5萬(wàn)片/月，為目前產(chǎn)能的5倍。安森美總裁Hassane EI-Khoury表示，2023年安森美最大的增長(zhǎng)將來自于碳化硅在電動(dòng)車市場(chǎng)的增長(zhǎng)，未來3年碳化硅收入預(yù)計(jì)達(dá)到40億美元。
襯底材料是碳化硅產(chǎn)業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，這導(dǎo)致加工過程中更容易產(chǎn)生廢品，降低良品率。目前國(guó)際碳化硅大廠多在籌劃將碳化硅晶圓從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸。而如何克服8英寸襯底難關(guān)成為衡量碳化硅產(chǎn)業(yè)的重要指標(biāo)。
盤點(diǎn)近年來碳化硅的主要投資項(xiàng)目。Wolfspeed于2022年4月啟動(dòng)全球第一座8英寸碳化硅晶圓廠，2023年2月再次宣布計(jì)劃于德國(guó)薩爾州建設(shè)一座8英寸碳化硅工廠。另一家碳化硅大廠Coherent（原Ⅱ-Ⅵ）公司在2015年7月展示了8英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底，2022年3月宣布將在美國(guó)伊斯頓擴(kuò)大6英寸和8英寸碳化硅襯底和芯片生產(chǎn)。日本半導(dǎo)體廠商羅姆于2009年收購(gòu)德國(guó)SiCrystal公司后，預(yù)計(jì)將于2023年開始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底。德國(guó)功率半導(dǎo)體廠商英飛凌計(jì)劃在2023年開始量產(chǎn)8英寸襯底，2025年量產(chǎn)8英寸碳化硅器件?？梢钥闯觯瑖?guó)際碳化硅巨頭紛紛加快了在8英寸碳化硅上的布局。
這些年中國(guó)大陸廠商也在積極發(fā)展8英寸碳化硅晶圓。資料顯示，爍科晶體于2022年1月實(shí)現(xiàn)8英寸N型碳化硅拋光片的小批量生產(chǎn)。天科合達(dá)2020年開展8英寸導(dǎo)電型碳化硅單晶襯底的研發(fā)，計(jì)劃在2023年實(shí)現(xiàn)8英寸襯底產(chǎn)品的小規(guī)模量產(chǎn)?？朴寻雽?dǎo)體于2022年10月在6英寸碳化硅晶體厚度上實(shí)現(xiàn)40毫米的突破，后又在12月份宣布，通過自主設(shè)計(jì)制造的電阻長(zhǎng)晶爐產(chǎn)出直徑超過8英寸的碳化硅單晶。2020年天岳先進(jìn)啟動(dòng)8英寸碳化硅襯底的研發(fā)，但目前尚未達(dá)到量產(chǎn)程度。晶盛機(jī)電在2022年8月宣布首顆N型SiC晶體成功出爐，預(yù)計(jì)2023年第二季度將實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
可以看到，在碳化硅領(lǐng)域我國(guó)企業(yè)已取得了較大進(jìn)步，從4英寸到6英寸，再到8英寸，代際差距不斷縮小。國(guó)際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時(shí)間相比國(guó)內(nèi)早10年以上；6英寸則大致早7年;8英寸時(shí)代差距有望進(jìn)一步縮小。
不過有一點(diǎn)應(yīng)該注意，很多國(guó)際企業(yè)將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)就定在今年。中國(guó)企業(yè)雖然也在8英寸襯底的開發(fā)上取得進(jìn)展，但“小批量生產(chǎn)”與“量產(chǎn)”是不同的，二者在良率、成本上有著極大的差別。此外，我國(guó)企業(yè)對(duì)來自歐美、日本的碳化硅設(shè)備仍有很大依賴。
但是中國(guó)企業(yè)只要持續(xù)努力，是有機(jī)會(huì)在這一輪碳化硅發(fā)展熱潮中追趕上國(guó)際先進(jìn)水平的。正如第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)楊富華在論壇發(fā)言時(shí)指出，中國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正迎來戰(zhàn)略機(jī)遇期。目前，新型電力系統(tǒng)、高鐵、新能源汽車、5G/6G通信、半導(dǎo)體照明及超越照明、工業(yè)電機(jī)及消費(fèi)電子等市場(chǎng)已啟動(dòng)，應(yīng)用需求將大大驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。如今，中國(guó)在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的技術(shù)儲(chǔ)備，且國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭還未形成專利、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模的壟斷，中國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距不大。
編輯丨邱江勇
美編丨馬利亞
