海外大厂抢滩2023，国内企业加速追赶碳化硅衬底8英寸节点

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）衬底产能在近年成为了碳化硅行业痛点，随着电力电子行业，包括电动汽车、光伏、储能、风电等新能源应用市场的发展，碳化硅功率器件因为高效率、高耐压等优势受到了追捧，导致产能严重供不应求。增加产能的有效方法就是提高衬底尺寸，目前碳化硅衬底尺寸正在从6英寸往8英寸发展。
 
全球最大的碳化硅衬底供应商Wolfspeed，今年4月刚刚开始在全球首个8英寸碳化硅晶圆厂试产，预计今年年底可以向客户供货。8英寸衬底虽然生产成本比6英寸高，但以32平方毫米的裸晶为例，每片8英寸晶圆上的裸晶数量增加近90%，且边缘裸片的数量占比从14%减少至7%，综合良率可达80%以上。因此综合下来，8英寸衬底除了产能可以大幅增加之外，在单裸晶的成本上会占有一定优势。
 
最近晶盛机电宣布，公司成功生长出行业领先的8英寸碳化硅晶体。翻看公司公告，在8月12日晶盛机电首颗8英寸N型碳化硅晶体就已经成功出炉，表示成功解决了8英寸碳化硅晶体生长过程中温场不均、晶体开裂、气相原料分布等难点问题。
 
碳化硅产业的关键是衬底，晶体制备又是碳化硅衬底的核心，碳化硅晶体通过切割、研磨、抛光、清洗等工序后就可以作为衬底。
 
可能很多人都听说过第三代半导体是中国半导体产业实现“弯道超车”的机会，但从碳化硅产业来看，国内产业总体而言其实还是落后于欧美头部厂商。
 
在衬底方面，国内目前商业碳化硅衬底产品以4英寸小尺寸为主，近几年逐步往6英寸推进。在半绝缘型SiC衬底中，国内天岳先进在全球市场中占比达到30%，仅次于Wolfspeed和II-VI排名第三。
 
而国际厂商目前主流碳化硅衬底产品为6英寸，龙头企业大多已经完成8英寸衬底的研制，Wolfspeed预计今年年底可以向客户供货。
 
那么按照衬底尺寸的进度，国际上4英寸碳化硅衬底量产时间相比国内要早10年以上，6英寸也要相比国内量产时间节点早7年左右，总体而言差距较大。不过从4英寸到6英寸，我们也能看到代差其实在缩短。
 
到了8英寸的阶段，先来看看国际企业的情况。今年4月，业界龙头Wolfspeed的全球最大碳化硅晶圆厂、全球首座8英寸碳化硅工厂正式开业，预计今年年底可以向客户供应8英寸碳化硅衬底，并在2024年达产，最终产能将会达到2017年的30倍。
 
今年5月，法国Soitec公司发布了其首款8英寸碳化硅衬底，目前正在开展第一轮关键客户产品验证，有望2023年在柏林新工厂中实现量产。
 
II-VI早在2015年就展示了8英寸导电型碳化硅衬底，2019年又研发出半绝缘8英寸碳化硅衬底。不过量产进度相比于Wolfspeed还稍微落后，2021年II-VI表示未来5年内，将碳化硅衬底的生产能力提高5至10倍，其中包括量产8英寸的衬底。
 
去年7月意法半导体宣布在瑞典北雪平工厂制造出首批8英存碳化硅衬底，不过大规模量产还要等2023年意大利的新工厂落成。罗姆也表示会在2023年开始量产8英寸碳化硅衬底。
 
国际大厂8英寸碳化硅衬底的量产时间集中在2023年附近，那么国内情况如何？进展较快的是中电科第二研究所全资子公司烁科晶体，他们在2020年宣布8英寸碳化硅衬底研发成功，随后在去年8月宣布研制出8英寸碳化硅晶体后，今年1月又完成了8英寸N型（导电型）碳化硅抛光片小批量生产。
 
中科院物理研究所今年5月成功研制出8英寸碳化硅导电单晶，可以用于制造碳化硅单晶衬底。该研究所目前与天科合达合作，通过企业将研究成果产业化，目前已经实现4-6英寸碳化硅衬底的大批量生产和销售，但8英寸显然还处于研发阶段。
 
除此之外，天岳先进、露笑科技等国内企业都宣布了研发8英寸碳化硅衬底的计划，但目前为止还没有明确的量产时间表。
 
如果将Wolfspeed在2019年11月完成首批8英寸碳化硅晶圆样品制备作为国际上8英寸小批量生产的参考节点，那么理想状态下，国内进展最快的烁科晶体在8英寸产品上与国际差距不到三年，相比于6英寸量产节点差距再大幅缩小。
 
但盲目追赶尺寸也并非理性，其实国内碳化硅衬底普遍在良率、缺陷率上与国际上的领先产品还有差距，比如国内6英寸碳化硅衬底良率普遍在30%-40%左右，Wolfspeed目前已经可以做到60%左右了。所以对于国内碳化硅衬底企业而言，目前最重要的是与下游客户合作，共同改善产品缺陷或良率。