SiC市场格局及国内外的差距在哪里

（文/程文智）这几年第三代半导体产业发展得如火如荼，GaN器件在快充等消费类电子领域得到了广泛的应用，碳化硅（SiC）器件则被汽车电子厂商委以重任。未来不论是800V高压平台，还是电机驱动器的效率提升，都需要SiC器件的深度参与。
 
但SiC器件的生产流程和生产工艺其实门槛还挺高的，一般来说，SiC生产流程主要涉及以下五个过程：

一是单晶生长，以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料形成SiC晶体；
二是衬底环节，SiC晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成单晶薄片，也即半导体衬底材料；
三是外延片环节，通常使用化学气相沉积（CVD）方法，在晶片上淀积一层单晶形成外延片；
四是晶圆加工，通过光刻、沉积、离子注入和金属钝化等前段工艺加工形成的碳化硅晶圆，经后段工艺可制成碳化硅芯片；
五是器件制造与封装测试，所制造的电子电力器件及模组可通过验证进入应用环节。
 
SiC产品从生产到应用的全流程历时较长。以SiC功率器件为例，从单晶生长到形成衬底需要耗时1个月，从外延生长到晶圆前后段加工完成需要耗时6~12个月，从器件制造再到上车验证更需要1~2年时间。对于SiC功率器件IDM厂商而言，从工业设计、应用等环节转化为收入增长的周期非常之长，汽车行业一般需要4~5年。
 
SiC市场格局

由于SiC产业有一定的门槛，因此虽然国内投资很热，但目前从中赚到钱的并不多。从全球产业布局来看，国际头部企业通过调整业务领域、整合并购等方式正积极向上下游延伸、建立垂直集成平台，大力完善产业布局，比如Wolfspeed和罗姆可提供从衬底到最终器件的整体解决方案；国内的企业则相对规模较小，各环节较为分散，例如天科合达、天岳先进等厂商专注于SiC衬底，东莞天域、瀚天天成等厂商则专注于外延片，华润微、泰科天润、扬杰科技、闻泰科技、士兰微等厂商专注于器件制造。此外，三安集成和世纪金光等厂商目前已经形成了SiC垂直产业链布局。
 
在市场规模方面，SiC的规模2020 年全球SiC衬底市场规模约为2.08亿美元，衬底企业以美国为主，Cree岀货量占了全球45%。Yole预计2020~2026年的年复合增长率为36%，到2026年可达45亿美元，其中主要驱动力是电动汽车市场快速爆发，驱动SiC功率器件市场急速增长。
 
2021年在国内碳中和，碳达峰政策的推动下，SiC产业崛起，替代趋势明显。国内SiC产业相对国外缓慢，但是由于国内政策扶持，2021年一个季度新增的SiC投资金额达到了2020年全年水平，到了前十年5倍的体量。现在，整个SiC产业在中国属于增长前期，后面扩产完增量会比较快。
 
从产业链布局来看， 前面我们有提到，SiC产品的生产流程大概有五个环节，国内企业在这些环节中的布局大概有，设备方面有北方华创，中微公司；衬底和外延方面，有天科合达，山东天岳，瀚天天成，东莞天域；产品设计方面，包括瑞能、士兰微、中车时代、比亚迪。
 
国际和台湾产业链来看，Wolfspeed和罗姆从衬底到封测都有涉及；IDM厂商有昭和电工、ii-vi、英飞凌等。
 
制造设备方面，SiC产品在制程上，与大部分Si环节相同，由于硬度高，需要高温离子注入机，高温退火等设备，高温离子注入机是比较重要的设备；国内很多企业在做SiC的生长炉，华创、露笑。现在上游材料持领域，国内企业续加码追赶国际企业，SiC衬底市场格局还是Cree的市场份额是最大的。
 
从成本分布来看，SiC衬底是最高的，占了47%；外延占23%；其他环节大概在30%左右。也就是说，衬底成本下降是提高SiC渗透率的决定因素。
 
根据市场调研机构的预估，4英寸的SiC晶圆将会逐步减少，国内从10万片减少到5万片；6英寸的SiC晶圆将会从8万片增长到20万片。比如，Cree计划在2024年量产8英寸SiC晶圆，英飞凌计划2025年量产8英寸SiC器件。
 
从器件环节来看，Yole预测，SiC器件应用空间将从2020年的6亿美元，快速增至2030年的100亿美元。面对广阔的发展前景，国内各大器件产商积极扩产。另据CASA的数据， 2020年底，国内至少已有8条6英寸SiC晶圆制造产线，另有约10条SiC生产线正在建设。三安光电、泰科天润等主要企业已有相应产线，同时仍在积极扩建。总投资160亿元的湖南三安半导体基地一期项目正式于2021年6月份投产，将打造国内首条、全球第三条SiC垂直整合产业链，计划月产三万片6寸SiC晶圆。泰科天润的湖南项目于2019年年底正式开建，主要建设6英寸SiC基电力电子芯片生产线，满产后可实现6万片/年的6英寸SiC功率芯片。此外，比亚迪半导体、南京百识电子等企业也在建设产线。
 
国内外的现状差距

国内的SiC相关厂商与国外相关企业仍然还有比较大的差距，从营收规模上来看，国内企业的体量相对都较小，不过目前国内企业在加速成长，营收规模在不断提高。
 
从技术上来看，目前国产厂商仍然以4英寸晶圆为主，逐步向6英寸过渡，而海外厂商现在已经在以6英寸为主，开始过渡到8英寸了。
 
从技术参数上来看，虽然国产厂商已经具备一定的生产能力，但仍存在单晶性能一致性差、成品率低、成本高等问题，产能较低。
 

图：海内外头部企业产品参数对比

 
结语

整体来看，SiC产业的需求在快速增长，2021年，仅特斯拉一家的需求就可以笑话近50万片6英寸衬底产能，国产SiC企业正在积极扩产、投入研发，随着技术发展不断成熟，未来市场格局中，国内企业有望占据大头。
 
当然，目前SiC产业也面临着一些问题，比如SiC产业目前没有一个完整的供应体系，需要自己建造生长炉，这方面需要Know-how；另外SiC产业的人才数量也不多。这造成了SiC产业虽然有很多进入者，但能留到最后，并赚钱的企业可能不会多。