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“在內部產能擴建方面，我們投入了很多精力和財力。就前工序而言，80%的晶圓產能通過意法半導體內部資源完成， 20%的產能通過與合作伙伴合作獲取外部資源完成。就后工序而言，意法半導體內部完成65%的封測工作，封測代工廠 (OSAT) 完成35%的封測工作。”近日，在意法半導體“半導體制造業(yè)務”媒體溝通會上，該公司執(zhí)行副總裁、中國區(qū)總裁曹志平如是說。
意法半導體公司執(zhí)行副總裁、中國區(qū)總裁曹志平
雖然一直了解意法半導體屬于IDM有自建產能，但聽到80%和65%這兩個數(shù)字，筆者還是驚訝其自有產能的比例之高。目前我們可獲取的數(shù)據(jù)顯示，除了意法半導體，各大IDM包括德州儀器、ADI、英飛凌、Microchip、羅姆等都在加大投入不斷擴張自有產能，其中德州儀器現(xiàn)有的自有晶圓產能占比也是80%左右，預計在2025年這一比例將提升到85%，ADI目前自有產能比例在45%左右，也在積極擴產。而在IDM的擴產計劃中，尤以功率器件SiC出現(xiàn)的頻次最高、投入最大。這背后是供應商對未來能源、汽車等領域對SiC器件需求增長的預判，而引領出一場圍繞SiC供應鏈的資源爭奪戰(zhàn)，歸結起來目前主要有兩大趨勢：
2023年，8英寸集中爆發(fā)
意法半導體一直在加速擴建碳化硅器件的產能。自2017年開始量產碳化硅器件，車規(guī)級碳化硅出貨量突破一億。就產能而言，相比2020年，在2022的產能增長了2.5倍以上，并且產能擴張還在繼續(xù)進行中。目前，卡塔尼亞和新加坡兩個工廠是其生產碳化硅器件的主要基地。位于中國深圳和摩洛哥布斯庫拉的這兩個工廠則負責碳化硅器件的封裝和測試。
曹志平介紹，“目前我們專注于提高 8 英寸晶圓的內部研發(fā)能力，2021年7月，意法半導體宣布瑞典北雪平工廠制造出首批8英寸SiC晶圓片。目前，意法半導體正積極推進碳化硅晶圓產線從6英寸向8英寸轉型，預計2023年量產8英寸碳化硅晶圓。”
主流SiC企業(yè)8英寸襯底量產時間表 與非網(wǎng)整理
從上面這份量產時間表可以看出，目前僅有Wolfspeed已經實現(xiàn)8英寸碳化硅量產，而大多數(shù)國際企業(yè)都將8英寸碳化硅襯底的量產節(jié)點定在2023年左右。
襯底、外延、設計、制造、模塊全流程覆蓋
SiC器件價值由三部分組成：1）SiC襯底，2）外延片（SiC或GaN），以及3）器件制造。相關供應鏈研究表明，SiC器件成本細分為：
1）上游SiC襯底30-50%，外延片約10%，
2）下游器件制造約20-30%，
3）剩余約20-30%的良率損失。
與硅器件相比，SiC器件中襯底的30-50%和20-30%的成本加權和良率損失是相當大的。值得注意的是，成本細分因應用（二極管與MOSFET）和MOSFET類型（平面型與溝槽型）而異，并且器件ASP和襯底成本加權之間存在不利關系，因此，它們以范圍表示。由于未優(yōu)化的量產良率和效率，上游材料是限制SiC滲透率的主要瓶頸。然而，對于制造SiC器件來說，提高良率和效率的挑戰(zhàn)性較小，投資門檻也較低。
我們注意到，近幾年SiC器件主要的幾家國際供應商正逐漸補齊襯底版圖，比如意法半導體收購了Norstel、羅姆收購了SiCrystal、安森美收購了GTAT。SiC襯底成為兵家必爭之地，產業(yè)鏈垂直整合的趨勢也愈發(fā)明顯。
主流SiC企業(yè)的收購動態(tài) 圖源：JP摩根
主流SiC企業(yè)的產品生態(tài) 與非網(wǎng)整理
除了意法半導體之外，目前同時擁有襯底、外延、設計、制造、模塊全流程的供應商包括Wolfspeed、Coherent、安森美、羅姆、Sumitomo，以及中國的三安光電和比亞迪半導體。
曹志平表示，“眾所周知，如今碳化硅的需求量很大，半導體行業(yè)很難提供足夠的碳化硅。其中一個挑戰(zhàn)就是來自襯底。因為我們知道，全球SiC襯底晶圓市場主要掌握在幾家供應商手里，意法半導體不可能永遠依賴外部提供襯底。因此，我們已制定計劃并采取實際行動，將碳化硅襯底整合到碳化硅器件和技術的整個制造戰(zhàn)略當中。我們的目標是到2024年實現(xiàn)40%以上碳化硅襯底的內部供應?！?/p>
相信這也是多家功率器件IDM企業(yè)選擇全鏈路覆蓋的重要原因，而圍繞SiC功率器件的產品和市場之爭也將擴展到從襯底、設計到制造的每個技術環(huán)節(jié)，對眾多玩家而言將是一場全面的技術比拼。
就襯底技術而言，曹志平提到，“2022年12月，我們宣布將與Soitec合作開發(fā)碳化硅襯底制造技術，雙方同意在未來的8英寸(200 毫米)SiC 襯底制造過程中引入將Soitec的SmartSiC技術。 目前，碳化硅襯底是從單晶碳化硅晶棒上切割下來的圓片，這種方法的缺點是單晶碳化晶棒很薄，只能獲 得數(shù)量有限的晶片，成本居高不下。通過SmartSiC制造工藝，我們可以從晶棒上切下一層SiC，讓后將它粘合到更容易獲得、更容易生產的多晶碳化硅襯底上。換句話說，這個工藝是在多晶碳化硅襯底上摻雜單晶碳化硅層，單晶硅的優(yōu)點是電阻率較低，性能更好?！?/p>
“我們將襯底整合到制造鏈，不僅是為了控制成本和產量，還是為了獲得更好的良率。我們已經在進行8英寸升級，ST SiC AB工廠推出了首批內部用8英寸原型晶圓。然后，我們考慮在制造過程中引入特別是襯底制造、自動化和優(yōu)化技術，這意味著我們的制造業(yè)務具有更大的靈活性，更好地跟隨市場需求?！辈苤酒阶詈髲娬{。
