（文/程文智）這幾年第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展得如火如荼，GaN器件在快充等消費(fèi)類電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，碳化硅（SiC）器件則被汽車電子廠商委以重任。未來不論是800V高壓平臺，還是電機(jī)驅(qū)動器的效率提升，都需要SiC器件的深度參與。

但SiC器件的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝其實(shí)門檻還挺高的，一般來說，SiC生產(chǎn)流程主要涉及以下五個(gè)過程：

一是單晶生長，以高純硅粉和高純碳粉作為原材料形成SiC晶體；
二是襯底環(huán)節(jié)，SiC晶體經(jīng)過切割、研磨、拋光、清洗等工序加工形成單晶薄片，也即半導(dǎo)體襯底材料；
三是外延片環(huán)節(jié)，通常使用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，在晶片上淀積一層單晶形成外延片；
四是晶圓加工，通過光刻、沉積、離子注入和金屬鈍化等前段工藝加工形成的碳化硅晶圓，經(jīng)后段工藝可制成碳化硅芯片；
五是器件制造與封裝測試，所制造的電子電力器件及模組可通過驗(yàn)證進(jìn)入應(yīng)用環(huán)節(jié)。

SiC產(chǎn)品從生產(chǎn)到應(yīng)用的全流程歷時(shí)較長。以SiC功率器件為例，從單晶生長到形成襯底需要耗時(shí)1個(gè)月，從外延生長到晶圓前后段加工完成需要耗時(shí)6~12個(gè)月，從器件制造再到上車驗(yàn)證更需要1~2年時(shí)間。對于SiC功率器件IDM廠商而言，從工業(yè)設(shè)計(jì)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為收入增長的周期非常之長，汽車行業(yè)一般需要4~5年。

SiC市場格局

由于SiC產(chǎn)業(yè)有一定的門檻，因此雖然國內(nèi)投資很熱，但目前從中賺到錢的并不多。從全球產(chǎn)業(yè)布局來看，國際頭部企業(yè)通過調(diào)整業(yè)務(wù)領(lǐng)域、整合并購等方式正積極向上下游延伸、建立垂直集成平臺，大力完善產(chǎn)業(yè)布局，比如Wolfspeed和羅姆可提供從襯底到最終器件的整體解決方案；國內(nèi)的企業(yè)則相對規(guī)模較小，各環(huán)節(jié)較為分散，例如天科合達(dá)、天岳先進(jìn)等廠商專注于SiC襯底，東莞天域、瀚天天成等廠商則專注于外延片，華潤微、泰科天潤、揚(yáng)杰科技、聞泰科技、士蘭微等廠商專注于器件制造。此外，三安集成和世紀(jì)金光等廠商目前已經(jīng)形成了SiC垂直產(chǎn)業(yè)鏈布局。

在市場規(guī)模方面，SiC的規(guī)模2020 年全球SiC襯底市場規(guī)模約為2.08億美元，襯底企業(yè)以美國為主，Cree岀貨量占了全球45%。Yole預(yù)計(jì)2020~2026年的年復(fù)合增長率為36%，到2026年可達(dá)45億美元，其中主要驅(qū)動力是電動汽車市場快速爆發(fā)，驅(qū)動SiC功率器件市場急速增長。

2021年在國內(nèi)碳中和，碳達(dá)峰政策的推動下，SiC產(chǎn)業(yè)崛起，替代趨勢明顯。國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)相對國外緩慢，但是由于國內(nèi)政策扶持，2021年一個(gè)季度新增的SiC投資金額達(dá)到了2020年全年水平，到了前十年5倍的體量?，F(xiàn)在，整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)在中國屬于增長前期，后面擴(kuò)產(chǎn)完增量會比較快。

從產(chǎn)業(yè)鏈布局來看，前面我們有提到，SiC產(chǎn)品的生產(chǎn)流程大概有五個(gè)環(huán)節(jié)，國內(nèi)企業(yè)在這些環(huán)節(jié)中的布局大概有，設(shè)備方面有北方華創(chuàng)，中微公司；襯底和外延方面，有天科合達(dá)，山東天岳，瀚天天成，東莞天域；產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，包括瑞能、士蘭微、中車時(shí)代、比亞迪。

國際和臺灣產(chǎn)業(yè)鏈來看，Wolfspeed和羅姆從襯底到封測都有涉及；IDM廠商有昭和電工、ii-vi、英飛凌等。

制造設(shè)備方面，SiC產(chǎn)品在制程上，與大部分Si環(huán)節(jié)相同，由于硬度高，需要高溫離子注入機(jī)，高溫退火等設(shè)備，高溫離子注入機(jī)是比較重要的設(shè)備；國內(nèi)很多企業(yè)在做SiC的生長爐，華創(chuàng)、露笑。現(xiàn)在上游材料持領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)續(xù)加碼追趕國際企業(yè)，SiC襯底市場格局還是Cree的市場份額是最大的。

從成本分布來看，SiC襯底是最高的，占了47%；外延占23%；其他環(huán)節(jié)大概在30%左右。也就是說，襯底成本下降是提高SiC滲透率的決定因素。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)的預(yù)估，4英寸的SiC晶圓將會逐步減少，國內(nèi)從10萬片減少到5萬片；6英寸的SiC晶圓將會從8萬片增長到20萬片。比如，Cree計(jì)劃在2024年量產(chǎn)8英寸SiC晶圓，英飛凌計(jì)劃2025年量產(chǎn)8英寸SiC器件。

從器件環(huán)節(jié)來看，Yole預(yù)測，SiC器件應(yīng)用空間將從2020年的6億美元，快速增至2030年的100億美元。面對廣闊的發(fā)展前景，國內(nèi)各大器件產(chǎn)商積極擴(kuò)產(chǎn)。另據(jù)CASA的數(shù)據(jù)，2020年底，國內(nèi)至少已有8條6英寸SiC晶圓制造產(chǎn)線，另有約10條SiC生產(chǎn)線正在建設(shè)。三安光電、泰科天潤等主要企業(yè)已有相應(yīng)產(chǎn)線，同時(shí)仍在積極擴(kuò)建?？偼顿Y160億元的湖南三安半導(dǎo)體基地一期項(xiàng)目正式于2021年6月份投產(chǎn)，將打造國內(nèi)首條、全球第三條SiC垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈，計(jì)劃月產(chǎn)三萬片6寸SiC晶圓。泰科天潤的湖南項(xiàng)目于2019年年底正式開建，主要建設(shè)6英寸SiC基電力電子芯片生產(chǎn)線，滿產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)6萬片/年的6英寸SiC功率芯片。此外，比亞迪半導(dǎo)體、南京百識電子等企業(yè)也在建設(shè)產(chǎn)線。

國內(nèi)外的現(xiàn)狀差距

國內(nèi)的SiC相關(guān)廠商與國外相關(guān)企業(yè)仍然還有比較大的差距，從營收規(guī)模上來看，國內(nèi)企業(yè)的體量相對都較小，不過目前國內(nèi)企業(yè)在加速成長，營收規(guī)模在不斷提高。

從技術(shù)上來看，目前國產(chǎn)廠商仍然以4英寸晶圓為主，逐步向6英寸過渡，而海外廠商現(xiàn)在已經(jīng)在以6英寸為主，開始過渡到8英寸了。

從技術(shù)參數(shù)上來看，雖然國產(chǎn)廠商已經(jīng)具備一定的生產(chǎn)能力，但仍存在單晶性能一致性差、成品率低、成本高等問題，產(chǎn)能較低。

圖：海內(nèi)外頭部企業(yè)產(chǎn)品參數(shù)對比

結(jié)語

整體來看，SiC產(chǎn)業(yè)的需求在快速增長，2021年，僅特斯拉一家的需求就可以笑話近50萬片6英寸襯底產(chǎn)能，國產(chǎn)SiC企業(yè)正在積極擴(kuò)產(chǎn)、投入研發(fā)，隨著技術(shù)發(fā)展不斷成熟，未來市場格局中，國內(nèi)企業(yè)有望占據(jù)大頭。

當(dāng)然，目前SiC產(chǎn)業(yè)也面臨著一些問題，比如SiC產(chǎn)業(yè)目前沒有一個(gè)完整的供應(yīng)體系，需要自己建造生長爐，這方面需要Know-how；另外SiC產(chǎn)業(yè)的人才數(shù)量也不多。這造成了SiC產(chǎn)業(yè)雖然有很多進(jìn)入者，但能留到最后，并賺錢的企業(yè)可能不會多。