SiC新纪元：以IDM打天下 以8英寸赢未来
日期：2023-07-03 13:09:02 / 人气：
集微网报道 SiC依然是市场的宠儿。无论是采埃孚和Wolfspeed计划在纽伦堡地区建立SiC技术研究中心，还是英飞凌与中国厂商签订供货协议，厂商们对这种半导体新材料的热情有增无减。
根据Yole的预测，SiC功率器件将很快占据整个功率器件市场的30%，到2027年，SiC行业（从衬底到模块，包括器件）的产值有望超过60亿美元。
各大半导体厂商试图以不同角度切入这个市场，但是几年内的市场表现证明，只有完全掌握供应链才能获得高额附加值，因此IDM模式正变成产业发展的最重要趋势。
IDM模式一枝独秀
车规级SiC出货量突破一亿的意法半导体（ST），2022年的SiC产能比2020年增长了2.5倍以上，就是得益于其坚定执行的垂直整合战略。并且，ST希望在2024年实现40%以上SiC衬底的内部供应目标。
ST围绕这个战略制定非常详细的计划，具体分为四步走：首先，2019年第四季度完成对Norstel AB 公司（现更名为ST SiC AB）的收购；第二，在2020年第一季度首次内部供应6英寸衬底；第三，2021年第三季度推出首批8英寸晶圆样品，预计2024年前量产；第四，规划建设新厂，目标到2024年实现内部采购比例超40%。
意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平认为，对于像SiC这样的新技术，尽可能多地控制整个制造链非常重要，包括SiC衬底、前工序晶圆制造、后工序封测和定制SiC功率模块。
与逻辑芯片厂商不同，功率半导体行业一直是以IDM为主。IDM 模式使得设计与制造环节协同优化，缩短产品开发时间，并有利于有利于积累制造经验，形成技术优势。
以SiC制造为例，若IDM厂商在元件端面临问题，可依循路径找出上游衬底或磊晶环节出了错，加快制程品质的改善，也能有效控制整体成本；若是只做SiC衬底或磊晶的厂商，则需要客户愿意提供回馈，补足晶圆制造的信息缺口，才能加速推进材料端发展。
爱集微咨询资深分析师朱航欧指出，IDM模式还可以保证产品质量和供货产能的稳定性，同时，制造过程中的核心工艺直接关系到产品的性能，也是公司的核心机密，采用IDM模式也可以保证核心工艺的安全。
曹志平指出，ST将衬底整合到制造链，不仅是为了控制成本和产量，还是为了获得更好的良率，使得制造业务具有更大的灵活性，能更好地跟随市场需求。
对衬底和外延片厂商Norstel AB的收购是ST进入了SiC供应链最上游的关键，真正拥有了完整的SiC制造链。其他在SiC市场排名靠前的厂商，也都以相似的路径来进行制造能力的补全。比如，安森美在2021年以4.15亿美元收购衬底厂商GT Advanced Technologies，该厂商曾于2019年推出CrystX SiC材料，随后便与环球晶、安森美和英飞凌达成长期供应协定。很早就在SiC领域进行研究的罗姆，也是在2009年就收购了SiC衬底供应商SiCrystal，使其在全球SiC衬底供应榜上位列前三。
拥有衬底制造能力将是走向IDM模式的关键一环，因为SiC衬底在最终的器件中成本占比最高，且为关乎产品品质的关键。据统计，在SiC器件的平均成本中，SiC衬底的占比为46%。
而且，SiC衬底也是整个产业链中技术壁垒最高的环节。SiC衬底生产需要高度专业化和技术复杂的生产流程，涉及到多个步骤，包括材料制备、衬底切割和抛光等。整个生产流程需要严格控制各个环节的参数和工艺，确保衬底质量的稳定性和一致性。同时，衬底生产的技术难度和成本也很高，这也使得衬底生产在整个SiC价值链中具有相当高的附加值。掌握衬底制造能力，就在产业中拥有了更大的话语权。
其他行业往往是下游利润更高，但是SiC衬底是整个产业链中技术门槛较高的一环，即使良率在未来有提升，超额利润也多半给衬底厂商赚走，再加上衬底对整个供应链安全至关重要，因此才使得各大厂商纷纷在此押注。
加快转向8英寸
单从SiC衬底生产来考量，其已经是SiC器件市场快速增长的重要支撑，而当前市场上4英寸和6英寸的SiC衬底已经不能满足市场的需求。因此，提高SiC衬底的尺寸是必要的。特别是对于一些高功率、高压、高频应用来说，需要更大尺寸的SiC衬底来制造相应的器件，这也对提高SiC衬底尺寸提出了更高的要求。
同时，为了进一步降低SiC功率元件成本，在单个晶圆上增加元件数量是主要途径之一，因此业界正在全力推动8英寸转型。
2022年9月，Wolfspeed的新工厂开业不久，就宣布将投资约13亿美元，在北卡罗来纳州新建一个号称世界上最大的SiC衬底工厂。新工厂计划建于查塔姆县，临近Wolfspeed 已建成的达勒姆（Durham）SiC衬底工厂。查塔姆新工厂建成将使其SiC产能增加10倍以上，主要生产8吋碳化硅衬底，供应Wolfspeed的纽约莫霍克谷工厂。
Wolfspeed 是当前世界上唯一一家可以量产8英寸 SiC 晶圆的公司。这种主导地位将在未来两到三年内持续，直到更多公司的产能到位。
ST已经在进行8英寸升级，AB工厂推出了首批内部用8英寸原型晶圆。2022 年 12 月，其还宣布将与Soitec合作开发SiC衬底制造技术，双方同意在未来的8英寸SiC衬底制造过程中引入Soitec的SmartSiC技术。
Coherent（原名II-VI）在2022年3月宣布将在美国伊斯顿大规模建设近30万平方英尺的工厂，以扩大6英寸和8英寸SiC衬底和外延晶片的生产。此外，罗姆和英飞凌也同样计划在2023年左右开始8英寸SiC衬底的量产。
Yole集团旗下Yole Intelligence专门从事化合物半导体和新兴衬底的高级技术和市场分析师Poshun Chiu表示：“由于大尺寸衬底是下一代器件制造的战略资源，8英寸晶圆厂的开设和材料产能的扩大说明了未来十年的宏伟目标。”
要让SiC全面步入8英寸，不单是衬底尺寸的增加，后续工艺也要跟进，如外延工艺。
由于所有SiC器件都是在外延上实现的，同时外延的质量也受到晶体和衬底加工的影响，所以SiC外延环节对产业链的整体发展起到非常关键的作用。好在设备厂商已经做好了准备，主流厂商爱思强、Epiluvac都已经宣布推出了8英寸外延炉。而全球最大的SiC外延片供应商昭和电工也在2022年实现了8英寸外延片的出货。
当前，制约行业全面转向8英寸的关键还是良率问题，因为8英寸SiC晶圆存在材料生长难度大、切割难度大、切割损失大等问题，不少业内人士认为至少3 年内很难取代6英寸。
不过，随着材料生长和制程良率等方面的问题取得突破，8英寸衬底的芯片将成为主流只是时间问题。
