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“在內(nèi)部產(chǎn)能擴(kuò)建方面，我們投入了很多精力和財(cái)力。就前工序而言，80%的晶圓產(chǎn)能通過(guò)意法半導(dǎo)體內(nèi)部資源完成， 20%的產(chǎn)能通過(guò)與合作伙伴合作獲取外部資源完成。就后工序而言，意法半導(dǎo)體內(nèi)部完成65%的封測(cè)工作，封測(cè)代工廠 (OSAT) 完成35%的封測(cè)工作。”近日，在意法半導(dǎo)體“半導(dǎo)體制造業(yè)務(wù)”媒體溝通會(huì)上，該公司執(zhí)行副總裁、中國(guó)區(qū)總裁曹志平如是說(shuō)。
意法半導(dǎo)體公司執(zhí)行副總裁、中國(guó)區(qū)總裁曹志平
雖然一直了解意法半導(dǎo)體屬于IDM有自建產(chǎn)能，但聽(tīng)到80%和65%這兩個(gè)數(shù)字，筆者還是驚訝其自有產(chǎn)能的比例之高。目前我們可獲取的數(shù)據(jù)顯示，除了意法半導(dǎo)體，各大IDM包括德州儀器、ADI、英飛凌、Microchip、羅姆等都在加大投入不斷擴(kuò)張自有產(chǎn)能，其中德州儀器現(xiàn)有的自有晶圓產(chǎn)能占比也是80%左右，預(yù)計(jì)在2025年這一比例將提升到85%，ADI目前自有產(chǎn)能比例在45%左右，也在積極擴(kuò)產(chǎn)。而在IDM的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中，尤以功率器件SiC出現(xiàn)的頻次最高、投入最大。這背后是供應(yīng)商對(duì)未來(lái)能源、汽車等領(lǐng)域?qū)iC器件需求增長(zhǎng)的預(yù)判，而引領(lǐng)出一場(chǎng)圍繞SiC供應(yīng)鏈的資源爭(zhēng)奪戰(zhàn)，歸結(jié)起來(lái)目前主要有兩大趨勢(shì)：
2023年，8英寸集中爆發(fā)
意法半導(dǎo)體一直在加速擴(kuò)建碳化硅器件的產(chǎn)能。自2017年開(kāi)始量產(chǎn)碳化硅器件，車規(guī)級(jí)碳化硅出貨量突破一億。就產(chǎn)能而言，相比2020年，在2022的產(chǎn)能增長(zhǎng)了2.5倍以上，并且產(chǎn)能擴(kuò)張還在繼續(xù)進(jìn)行中。目前，卡塔尼亞和新加坡兩個(gè)工廠是其生產(chǎn)碳化硅器件的主要基地。位于中國(guó)深圳和摩洛哥布斯庫(kù)拉的這兩個(gè)工廠則負(fù)責(zé)碳化硅器件的封裝和測(cè)試。
曹志平介紹，“目前我們專注于提高 8 英寸晶圓的內(nèi)部研發(fā)能力，2021年7月，意法半導(dǎo)體宣布瑞典北雪平工廠制造出首批8英寸SiC晶圓片。目前，意法半導(dǎo)體正積極推進(jìn)碳化硅晶圓產(chǎn)線從6英寸向8英寸轉(zhuǎn)型，預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓?！?/p>
主流SiC企業(yè)8英寸襯底量產(chǎn)時(shí)間表 與非網(wǎng)整理
從上面這份量產(chǎn)時(shí)間表可以看出，目前僅有Wolfspeed已經(jīng)實(shí)現(xiàn)8英寸碳化硅量產(chǎn)，而大多數(shù)國(guó)際企業(yè)都將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)定在2023年左右。
襯底、外延、設(shè)計(jì)、制造、模塊全流程覆蓋
SiC器件價(jià)值由三部分組成：1）SiC襯底，2）外延片（SiC或GaN），以及3）器件制造。相關(guān)供應(yīng)鏈研究表明，SiC器件成本細(xì)分為：
1）上游SiC襯底30-50%，外延片約10%，
2）下游器件制造約20-30%，
3）剩余約20-30%的良率損失。
與硅器件相比，SiC器件中襯底的30-50%和20-30%的成本加權(quán)和良率損失是相當(dāng)大的。值得注意的是，成本細(xì)分因應(yīng)用（二極管與MOSFET）和MOSFET類型（平面型與溝槽型）而異，并且器件ASP和襯底成本加權(quán)之間存在不利關(guān)系，因此，它們以范圍表示。由于未優(yōu)化的量產(chǎn)良率和效率，上游材料是限制SiC滲透率的主要瓶頸。然而，對(duì)于制造SiC器件來(lái)說(shuō)，提高良率和效率的挑戰(zhàn)性較小，投資門檻也較低。
我們注意到，近幾年SiC器件主要的幾家國(guó)際供應(yīng)商正逐漸補(bǔ)齊襯底版圖，比如意法半導(dǎo)體收購(gòu)了Norstel、羅姆收購(gòu)了SiCrystal、安森美收購(gòu)了GTAT。SiC襯底成為兵家必爭(zhēng)之地，產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合的趨勢(shì)也愈發(fā)明顯。
主流SiC企業(yè)的收購(gòu)動(dòng)態(tài) 圖源：JP摩根
主流SiC企業(yè)的產(chǎn)品生態(tài) 與非網(wǎng)整理
除了意法半導(dǎo)體之外，目前同時(shí)擁有襯底、外延、設(shè)計(jì)、制造、模塊全流程的供應(yīng)商包括Wolfspeed、Coherent、安森美、羅姆、Sumitomo，以及中國(guó)的三安光電和比亞迪半導(dǎo)體。
曹志平表示，“眾所周知，如今碳化硅的需求量很大，半導(dǎo)體行業(yè)很難提供足夠的碳化硅。其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是來(lái)自襯底。因?yàn)槲覀冎?，全球SiC襯底晶圓市場(chǎng)主要掌握在幾家供應(yīng)商手里，意法半導(dǎo)體不可能永遠(yuǎn)依賴外部提供襯底。因此，我們已制定計(jì)劃并采取實(shí)際行動(dòng)，將碳化硅襯底整合到碳化硅器件和技術(shù)的整個(gè)制造戰(zhàn)略當(dāng)中。我們的目標(biāo)是到2024年實(shí)現(xiàn)40%以上碳化硅襯底的內(nèi)部供應(yīng)?！?/p>
相信這也是多家功率器件IDM企業(yè)選擇全鏈路覆蓋的重要原因，而圍繞SiC功率器件的產(chǎn)品和市場(chǎng)之爭(zhēng)也將擴(kuò)展到從襯底、設(shè)計(jì)到制造的每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)眾多玩家而言將是一場(chǎng)全面的技術(shù)比拼。
就襯底技術(shù)而言，曹志平提到，“2022年12月，我們宣布將與Soitec合作開(kāi)發(fā)碳化硅襯底制造技術(shù)，雙方同意在未來(lái)的8英寸(200 毫米)SiC 襯底制造過(guò)程中引入將Soitec的SmartSiC技術(shù)。 目前，碳化硅襯底是從單晶碳化硅晶棒上切割下來(lái)的圓片，這種方法的缺點(diǎn)是單晶碳化晶棒很薄，只能獲 得數(shù)量有限的晶片，成本居高不下。通過(guò)SmartSiC制造工藝，我們可以從晶棒上切下一層SiC，讓后將它粘合到更容易獲得、更容易生產(chǎn)的多晶碳化硅襯底上。換句話說(shuō)，這個(gè)工藝是在多晶碳化硅襯底上摻雜單晶碳化硅層，單晶硅的優(yōu)點(diǎn)是電阻率較低，性能更好。”
“我們將襯底整合到制造鏈，不僅是為了控制成本和產(chǎn)量，還是為了獲得更好的良率。我們已經(jīng)在進(jìn)行8英寸升級(jí)，ST SiC AB工廠推出了首批內(nèi)部用8英寸原型晶圓。然后，我們考慮在制造過(guò)程中引入特別是襯底制造、自動(dòng)化和優(yōu)化技術(shù)，這意味著我們的制造業(yè)務(wù)具有更大的靈活性，更好地跟隨市場(chǎng)需求。”曹志平最后強(qiáng)調(diào)。
