電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/梁浩斌)襯底產(chǎn)能在近年成為了碳化硅行業(yè)痛點,隨著電力電子行業(yè),包括電動汽車、光伏、儲能、風(fēng)電等新能源應(yīng)用市場的發(fā)展,碳化硅功率器件因為高效率、高耐壓等優(yōu)勢受到了追捧,導(dǎo)致產(chǎn)能嚴重供不應(yīng)求。增加產(chǎn)能的有效方法就是提高襯底尺寸,目前碳化硅襯底尺寸正在從6英寸往8英寸發(fā)展。
全球最大的碳化硅襯底供應(yīng)商Wolfspeed,今年4月剛剛開始在全球首個8英寸碳化硅晶圓廠試產(chǎn),預(yù)計今年年底可以向客戶供貨。8英寸襯底雖然生產(chǎn)成本比6英寸高,但以32平方毫米的裸晶為例,每片8英寸晶圓上的裸晶數(shù)量增加近90%,且邊緣裸片的數(shù)量占比從14%減少至7%,綜合良率可達80%以上。因此綜合下來,8英寸襯底除了產(chǎn)能可以大幅增加之外,在單裸晶的成本上會占有一定優(yōu)勢。
最近晶盛機電宣布,公司成功生產(chǎn)出行業(yè)領(lǐng)先的8英寸碳化硅晶體。翻看公司公告,在8月12日晶盛機電首顆8英寸N型碳化硅晶體就已經(jīng)成功出爐,表示成功解決了8英寸碳化硅晶體生長過程中溫場不均、晶體開裂、氣相原料分布等難點問題。
碳化硅產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵是襯底,晶體制備又是碳化硅襯底的核心,碳化硅晶體通過切割、研磨、拋光、清洗等工序后就可以作為襯底。
可能很多人都聽說過第三代半導(dǎo)體是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“彎道超車”的機會,但從碳化硅產(chǎn)業(yè)來看,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)總體而言其實還是落后于歐美頭部廠商。
在襯底方面,國內(nèi)目前商業(yè)碳化硅襯底產(chǎn)品以4英寸小尺寸為主,近幾年逐步往6英寸推進。在半絕緣型SiC襯底中,國內(nèi)天岳先進在全球市場中占比達到30%,僅次于Wolfspeed和II-VI排名第三。
而國際廠商目前主流碳化硅襯底產(chǎn)品為6英寸,龍頭企業(yè)大多已經(jīng)完成8英寸襯底的研制,Wolfspeed預(yù)計今年年底可以向客戶供貨。
那么按照襯底尺寸的進度,國際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時間相比國內(nèi)要早10年以上,6英寸也要相比國內(nèi)量產(chǎn)時間節(jié)點早7年左右,總體而言差距較大。不過從4英寸到6英寸,我們也能看到代差其實在縮短。
到了8英寸的階段,先來看看國際企業(yè)的情況。今年4月,業(yè)界龍頭Wolfspeed的全球最大碳化硅晶圓廠、全球首座8英寸碳化硅工廠正式開業(yè),預(yù)計今年年底可以向客戶供應(yīng)8英寸碳化硅襯底,并在2024年達產(chǎn),最終產(chǎn)能將會達到2017年的30倍。
今年5月,法國Soitec公司發(fā)布了其首款8英寸碳化硅襯底,目前正在開展第一輪關(guān)鍵客戶產(chǎn)品驗證,有望2023年在柏林新工廠中實現(xiàn)量產(chǎn)。
II-VI早在2015年就展示了8英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底,2019年又研發(fā)出半絕緣8英寸碳化硅襯底。不過量產(chǎn)進度相比于Wolfspeed還稍微落后,2021年II-VI表示未來5年內(nèi),將碳化硅襯底的生產(chǎn)能力提高5至10倍,其中包括量產(chǎn)8英寸的襯底。
去年7月意法半導(dǎo)體宣布在瑞典北雪平工廠制造出首批8英寸碳化硅襯底,不過大規(guī)模量產(chǎn)還要等2023年意大利的新工廠落成。羅姆也表示會在2023年開始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底。
國際大廠8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)時間集中在2023年附近,那么國內(nèi)情況如何?進展較快的是中電科第二研究所全資子公司爍科晶體,他們在2020年宣布8英寸碳化硅襯底研發(fā)成功,隨后在去年8月宣布研制出8英寸碳化硅晶體后,今年1月又完成了8英寸N型(導(dǎo)電型)碳化硅拋光片小批量生產(chǎn)。
中科院物理研究所今年5月成功研制出8英寸碳化硅導(dǎo)電單晶,可以用于制造碳化硅單晶襯底。該研究所目前與天科合達合作,通過企業(yè)將研究成果產(chǎn)業(yè)化,目前已經(jīng)實現(xiàn)4-6英寸碳化硅襯底的大批量生產(chǎn)和銷售,但8英寸顯然還處于研發(fā)階段。
除此之外,天岳先進、露笑科技等國內(nèi)企業(yè)都宣布了研發(fā)8英寸碳化硅襯底的計劃,但目前為止還沒有明確的量產(chǎn)時間表。
如果將Wolfspeed在2019年11月完成首批8英寸碳化硅晶圓樣品制備作為國際上8英寸小批量生產(chǎn)的參考節(jié)點,那么理想狀態(tài)下,國內(nèi)進展最快的爍科晶體在8英寸產(chǎn)品上與國際差距不到三年,相比于6英寸量產(chǎn)節(jié)點差距再大幅縮小。
但盲目追趕尺寸也并非理性,其實國內(nèi)碳化硅襯底普遍在良率、缺陷率上與國際上的領(lǐng)先產(chǎn)品還有差距,比如國內(nèi)6英寸碳化硅襯底良率普遍在30%-40%左右,Wolfspeed目前已經(jīng)可以做到60%左右了。所以對于國內(nèi)碳化硅襯底企業(yè)而言,目前最重要的是與下游客戶合作,共同改善產(chǎn)品缺陷或良率。
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原文標題:?海外大廠搶灘2023,國內(nèi)企業(yè)加速追趕碳化硅襯底8英寸節(jié)點
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