20家企業(yè)將建8吋SiC線！4家國內(nèi)企業(yè)提前布局

近年來，8英寸碳化硅晶圓線布局明顯加快。據(jù)“行家說三代半”調(diào)研發(fā)現(xiàn)，截至2024年4月，全球已有20家企業(yè)正在或計劃推進(jìn)8吋SiC晶圓產(chǎn)線建設(shè)，其中有8個項目落地中國。

據(jù)測算，SiC晶圓從6英寸擴(kuò)大到8英寸，SiC芯片產(chǎn)量可增加90%，在8英寸晶圓上制造的SiC MOSFET芯片成本有望降低54%，這將進(jìn)一步加速碳化硅的大規(guī)模應(yīng)用。

然而，8英寸SiC的大規(guī)模商業(yè)化和快速降本仍存在一系列技術(shù)難題，亟需襯底、外延、器件、設(shè)備和耗材等產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商的協(xié)作和創(chuàng)新。為此，“行家說三代半”策劃了《8英寸SiC產(chǎn)業(yè)協(xié)同》系列訪談，希望能夠遍訪國內(nèi)外碳化硅上下游企業(yè)，以特定主題推薦優(yōu)秀碳化硅企業(yè)，傳播碳化硅新技術(shù)。

本期主題是《全球8英寸碳化硅單晶襯底技術(shù)進(jìn)展》，我們特邀了合盛新材、科友半導(dǎo)體、東尼電子、世紀(jì)金芯等多家襯底廠商進(jìn)行調(diào)研采訪，與他們共同探討8英寸SiC襯底的發(fā)展進(jìn)度、難點(diǎn)及突破口，以及未來6&8英寸切換的時間節(jié)點(diǎn)。

接下來，《8英寸SiC產(chǎn)業(yè)協(xié)同》采訪SiC設(shè)備&石墨耗材、SiC外延、器件等上下游企業(yè)，請關(guān)注我們公眾號，我們將為您最新的8英寸SiC技術(shù)進(jìn)展。

29企業(yè)突破8英寸SiC研發(fā)，多家國內(nèi)企業(yè)獲得訂單

據(jù)《2023碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，目前全球已有29家碳化硅企業(yè)實現(xiàn)8英寸碳化硅單晶生長的突破。但是，目前8英寸碳化硅在單晶生長和襯底加工環(huán)節(jié)上仍面臨難度大、成本高、良率低等問題，遏制了規(guī)模量產(chǎn)的進(jìn)程。

在《8英寸SiC產(chǎn)業(yè)協(xié)同》訪談中，我們采訪了眾多的碳化硅企業(yè)，他們不僅率先在8英寸單晶襯底研發(fā)上實現(xiàn)了突破，而且在量產(chǎn)技術(shù)上也有新的建樹。

據(jù)科友半導(dǎo)體透露，他們的8英寸碳化硅長晶良率達(dá)到60%左右，8英寸碳化硅襯底加工產(chǎn)線于2023年底調(diào)試完畢后，正陸續(xù)提升產(chǎn)能，按客戶要求開展批量供貨，國內(nèi)外客戶包括歐洲、韓國、中國臺灣等地的第三代半導(dǎo)體知名企業(yè)
。

其他國內(nèi)廠商也獲得了8英寸SiC襯底訂單。東尼電子表示，他們目前也接到客戶小批量樣品訂單并已陸續(xù)交付，根據(jù)需求預(yù)測，2024年總計完成9000~-10000片交付；未來，他們將根據(jù)下游以及市場的需求做對應(yīng)調(diào)整，繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)能釋放。

世紀(jì)金芯同樣透露了訂單及交付情況，據(jù)悉，他們的8英寸碳化硅襯底片已經(jīng)與多家國內(nèi)外客戶完成多批次產(chǎn)品驗證，正在與中國臺灣、韓國客戶進(jìn)行產(chǎn)品驗證，預(yù)計2024年下半年落成訂單。此外，今年2月合肥工廠8英寸碳化硅加工線已正式貫通并進(jìn)入小批量生產(chǎn)，預(yù)計2024年7月可實現(xiàn)批量生產(chǎn)交付。

對于8英寸SiC，合盛新材也已提前進(jìn)行較大的產(chǎn)能布局。該公司負(fù)責(zé)人表示，他們正在研究突破高質(zhì)量低成本的8英寸碳化硅襯底，預(yù)計在2年內(nèi)將形成年產(chǎn)2萬片8吋高質(zhì)量SiC襯底，綜合良率大于50%，突破歐美技術(shù)壟斷，形成自有新質(zhì)生產(chǎn)力；未來，他們將為國內(nèi)、國際各大器件廠提供優(yōu)質(zhì)8寸襯底及外延產(chǎn)品，合作前景廣闊，8英寸產(chǎn)能規(guī)劃在20萬片以上。

8英寸碳化硅規(guī)模量產(chǎn)難點(diǎn)：晶體良率、襯底切磨拋……

不難發(fā)現(xiàn)，部分國內(nèi)廠商正在逐步釋放8英寸碳化硅產(chǎn)能，但是，8英寸碳化硅要想實現(xiàn)更大規(guī)模生產(chǎn)還要面臨諸多難題。

合盛新材認(rèn)為，SiC晶體質(zhì)量不穩(wěn)定、厚度不足、生長速度慢，以及襯底的加工技術(shù)落后、出片率低、成本高，是碳化硅襯底材料發(fā)展與應(yīng)用普遍的問題，而這些問題在8英寸碳化硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)中更加凸顯。

科友半導(dǎo)體也表示，從6英寸到8英寸，需要解決的問題包括高品質(zhì)晶體制備，晶體粗加工環(huán)節(jié)易開裂、晶錠切割速度慢、切片良率低、襯底表面平坦度參數(shù)控制難等，需要襯底企業(yè)和上游設(shè)備及耗材供應(yīng)企業(yè)通力合作，不斷探索新的工藝技術(shù)。

針對8英寸碳化硅長晶環(huán)節(jié)，東尼電子透露，目前難點(diǎn)主要還是良率不高和一致性差，還需要優(yōu)化工藝，以保持石墨熱場的穩(wěn)定性；此外，增加晶體厚度及提高良率也有利于實現(xiàn)降低成本。

世紀(jì)金芯還提到，在長晶環(huán)節(jié)中，高質(zhì)量8英寸碳化硅籽晶的批量獲取、籽晶裝配的質(zhì)量控制、適配大尺寸碳化硅生長的熱場均勻性控制、長晶氣氛傳輸控制等也是限制規(guī)模生產(chǎn)的難點(diǎn)，需要不斷探索并解決。

另一方面，8英寸碳化硅襯底加工用時和成本也將大幅提高。合盛新材預(yù)測，8英寸切磨拋用時預(yù)計將增加3-5天，成本增加提高600元以上。東尼電子表示，這主要因為8英寸碳化硅襯底表面的WARP、BOW、TTV等指標(biāo)相應(yīng)加工條件需要更加精細(xì)，工藝設(shè)計難度更大，導(dǎo)致加工難度增大、加工周期增長。

科友半導(dǎo)體還認(rèn)為，目前SiC晶錠切割環(huán)節(jié)是影響8英寸碳化硅成本和工時的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，部分企業(yè)正在推動金剛線切割迭代，激光切割有望逐步滲透，而隨著襯底加工產(chǎn)線工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和良率提升，預(yù)計成本也將逐漸下降。

8英寸碳化硅降本增效技術(shù)：350μm、6&8兼容設(shè)備、耗材降本……

值得關(guān)注的是，合盛新材、科友半導(dǎo)體、東尼電子、世紀(jì)金芯等襯底廠商不斷優(yōu)化工藝技術(shù)，已經(jīng)在8英寸碳化硅單晶生長及襯底質(zhì)量上實現(xiàn)了關(guān)鍵突破，為其實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)提供有力支撐。

現(xiàn)階段，大部分8英寸SiC襯底的厚度達(dá)到500μm，而SiC晶錠厚度普遍在10mm左右，這無疑減少了SiC襯底片的產(chǎn)出量，推高了成本。為了降低成本以及更好地實現(xiàn)大規(guī)?；慨a(chǎn)，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)著手做了大量工作。

針對襯底片厚度難題，東尼電子負(fù)責(zé)人透露，他們使用的電阻式長晶爐是6&8兼容的，可以在6寸的基礎(chǔ)上更好地優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行8寸晶體生長，而且該公司認(rèn)為，電阻爐溫度梯度更穩(wěn)定，徑向溫差更小，更適合長大尺寸晶體。另外為了進(jìn)一步降低成本，他們還研究設(shè)計了適宜8英寸晶體設(shè)備的加熱器，再結(jié)合分段摻雜調(diào)控工藝等技術(shù)，可以大幅度提高8英寸碳化硅晶體的厚度和良率。

科友半導(dǎo)體的降本策略則是多維度的，據(jù)該公司透露，他們自主完成了6、8英寸感應(yīng)式&電阻式晶體生長爐研發(fā)，并且擁有一系列大尺寸低成本國產(chǎn)化的碳化硅襯底全產(chǎn)業(yè)鏈自主制備技術(shù)，包括原料提純、石墨涂層、籽晶處理、熱場結(jié)構(gòu)設(shè)計等，成功實現(xiàn)6、8英寸碳化硅襯底較行業(yè)主流企業(yè)成本低30%-40%以上。

目前，合盛新材也在逐步完善技術(shù)鏈自研體系，他們已經(jīng)具備新型長晶技術(shù)、設(shè)備自研能力、重要輔料自供體系，正在研究并解決8吋晶體微管、位錯、晶型、包裹，8吋晶體生長速度、厚度，以及通過激光加工8吋350um高質(zhì)量襯底等問題，將進(jìn)一步提高晶體質(zhì)量、良率穩(wěn)定性及襯底加工效率，同時降低成本。

世紀(jì)金芯表示他們也取得了多項技術(shù)突破，并將持續(xù)推動降本：一方面他們采用單晶迭代的方式生長出厚度＞10mm、無異晶、缺陷密度質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)碳化硅生長技術(shù)前列的8英寸碳化硅單晶，同時在籽晶與生長托連接方面、熱場的溫度梯度、石墨材料、粉料制備等方面取得了重要的技術(shù)突破；另一方面，他們將利用高質(zhì)量8英寸碳化硅籽晶的批量獲取、自研的真空熱壓&長晶設(shè)備、先進(jìn)的切割、打磨和拋光技術(shù)等技術(shù)實現(xiàn)降本增效。

8英寸轉(zhuǎn)換大幅提前，單位成本未來將更低

目前，在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力下，碳化硅芯片成本已經(jīng)大幅下降，業(yè)界判斷，隨著8英寸碳化硅技術(shù)的不斷成熟，6&8英寸的轉(zhuǎn)換時機(jī)將大幅提前，8英寸碳化硅襯底市場將會快速發(fā)展，預(yù)計2027年將比6英寸更具競爭力。

科友半導(dǎo)體判斷，美國8英寸碳化硅晶圓的批量生產(chǎn)預(yù)計將于2024年和2025年開始，屆時行業(yè)領(lǐng)先的制造商將陸續(xù)投產(chǎn)。此后，8英寸碳化硅產(chǎn)量預(yù)計將迅速攀升，主要是要應(yīng)對需求和價格壓力（尤其是來自中端電動汽車原始設(shè)備制造商的需求和價格壓力），以及盡早實現(xiàn)成本節(jié)約。

4-8英寸SiC襯底需求量分析

根據(jù)《2022碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，6英寸導(dǎo)電型SiC襯底目前依舊是主流，但8英寸導(dǎo)電襯底在三年內(nèi)將實現(xiàn)批量應(yīng)用，預(yù)計2025年8英寸SiC襯底的將超越4英寸產(chǎn)品，市場需求逐漸增大。

現(xiàn)階段，8英寸碳化硅僅實現(xiàn)小批量供貨，從碳化硅產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展來看，亟需快速解決8英寸碳化硅量產(chǎn)化和降本難題，以加快市場的快速發(fā)展，這需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同合作和技術(shù)創(chuàng)新，歡迎更多的襯底、外延、器件、設(shè)備和材料等企業(yè)加入我們的《8英寸SiC產(chǎn)業(yè)協(xié)同》系列訪談，參與訪談?wù)埣釉S若冰微信：hangjiashuo999，更詳細(xì)的調(diào)研結(jié)果我們將呈現(xiàn)在《2024碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》。