火熱的碳化硅持續(xù)“爆單”

當(dāng)前，全球半導(dǎo)體景氣正逐漸回升，存儲芯片、半導(dǎo)體設(shè)備、第三代半導(dǎo)體等細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈熱鬧不斷。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體代表產(chǎn)品之一，近年來憑借獨有的特性在新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域過得風(fēng)生水起，其制備工藝日益成熟，現(xiàn)如今碳化硅已成為一條具有完整供應(yīng)鏈體系的成熟產(chǎn)業(yè)，也是業(yè)界十分關(guān)注的重點市場。

近期，碳化硅市場再傳來簽單、開工等佳音，其中不乏有意法半導(dǎo)體、英飛凌、三安光電、羅姆、Wolfspeed等大廠身影。

碳化硅簽單不斷，企業(yè)鎖定后方供應(yīng)鏈

新能源汽車、5G通訊、數(shù)據(jù)中心以及光伏等熱門應(yīng)用領(lǐng)域拉動需求，碳化硅市場規(guī)模開始爆發(fā)。在此背景下，全球碳化硅相關(guān)廠商正在不斷尋求合作，保障供應(yīng)鏈體系，以及擴充產(chǎn)能，以滿足市場需求。并且業(yè)界認(rèn)為，市場訂單能見度有望持續(xù)保持高水平。

碳化硅市場近期再現(xiàn)10個訂單。其中，包括羅姆集團旗下SiCrystal與意法半導(dǎo)體新簽協(xié)議，擴大碳化硅襯底供應(yīng)；世紀(jì)金芯與日本某客戶簽訂了SiC襯底片訂單；創(chuàng)微微電子中標(biāo)碳化硅設(shè)備訂單；羲和未來科技與英飛凌簽訂一份合作伙伴備忘錄，后者將為前者提供SiC等功率半導(dǎo)體器件；全球半導(dǎo)體測試和老化設(shè)備供應(yīng)商Aehr的FOX-NP SiC MOSFET多晶圓測試和老化系統(tǒng)獲得美企訂單；Axcelis交付多批離子注入設(shè)備.....

值得一提的是，愛思強接連斬獲兩份訂單：愛思強與Wolfspeed在2023年Q3-Q4期間簽訂了多個SiC設(shè)備訂單；愛思強G10-SiC外延生產(chǎn)平臺將批量交付給Vishay NWF車規(guī)晶圓廠。據(jù)悉，Vishay是一家分立半導(dǎo)體和無源電子元件制造商。

圖表來源：全球半導(dǎo)體觀察制表

8英寸破局之路重在產(chǎn)能/良率

從特性上看，相較于硅，碳化硅具備禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和速度高、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)異的物理性質(zhì)。碳化硅功率器件在新能源汽車、軌道交通、光伏發(fā)電、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域呈現(xiàn)出比硅功率器件更好的耐高溫、耐高壓特性。從制備環(huán)節(jié)上看，碳化硅器件主要分為襯底制備、外延、器件設(shè)計、器件制造、封測等環(huán)節(jié)，其中，碳化硅襯底占據(jù)價值鏈的最高點。

值得一提的是，從表中訂單內(nèi)容來看，有不少訂單鎖定8英寸產(chǎn)能供應(yīng)。從供應(yīng)鏈角度上看，近年來，碳化硅產(chǎn)業(yè)由6英寸加速向8英寸轉(zhuǎn)型，據(jù)此前全球半導(dǎo)體觀察此前文章統(tǒng)計，國際方面8英寸晶圓制造已邁向量產(chǎn)前夕，國產(chǎn)廠商方面則有更多廠家具備量產(chǎn)能力，產(chǎn)業(yè)鏈條進一步完善成熟。

從國際動態(tài)上看，Wolfspeed、英飛凌、博世、onsemi等海外公司的8英寸晶圓量產(chǎn)時間集中于2024年下半年至2026年期間。其中：Wolfspeed 8英寸器件已公布，預(yù)計2024年第二季產(chǎn)能利用率達(dá)20％以上；onsemi在2024年韓國廠正式運行，預(yù)計今年產(chǎn)能為去年的1.7倍，2026年產(chǎn)能規(guī)劃約為80萬片；英飛凌透露今年居林廠開始量產(chǎn)8英寸碳化硅和氮化鎵器件，預(yù)計到2027年產(chǎn)能約為80萬片，為2023年初的10倍。

而國內(nèi)廠商方面，雖然在量產(chǎn)時間上與國際大廠仍然存在一定時間差，但是目前天岳先進、天科合達(dá)兩家大廠已經(jīng)成功打入全球?qū)щ娦吞蓟枰r底材料市場前十榜單；天域半導(dǎo)體則在碳化硅外延片處于領(lǐng)先地位。

從近期技術(shù)研發(fā)動態(tài)上看，科友半導(dǎo)體于3月27日與俄羅斯N公司在哈爾濱簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開展“八英寸碳化硅完美籽晶”的項目合作，雙方將研發(fā)獲得“無微管，低位錯”完美籽晶，應(yīng)用品質(zhì)優(yōu)異的籽晶進行晶體生長，會進一步大幅降低8英寸碳化硅晶體內(nèi)部的微管、位錯等缺陷密度。據(jù)悉，科友半導(dǎo)體8英寸SiC中試線平均長晶良率已突破50%，晶體厚度15mm以上。

世紀(jì)金芯、青禾晶元等企業(yè)也表示研發(fā)已有所突破。世紀(jì)金芯突破了8英寸SiC關(guān)鍵技術(shù)，其開發(fā)的8寸SiC單晶生長技術(shù)可重復(fù)生長出4H晶型100%、直徑大于200mm、厚度超過10mm的晶體，8寸加工線也同步建成，將配套8寸單晶生長。通過進一步優(yōu)化工藝，預(yù)期公司的8寸SiC晶錠厚度將達(dá)到20mm以上。

青禾晶元已成功制備了8英寸SiC鍵合襯底。對比6英寸SiC晶圓，8英寸SiC晶圓可用面積幾乎增加一倍，芯片產(chǎn)出可增加80-90％，SiC晶圓升級到8英寸將會給汽車和工業(yè)客戶帶來重大收益，因此，SiC晶圓走向8英寸是業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展趨勢。此外，該公司認(rèn)為本次突破8英寸SiC鍵合襯底制備，有望加速8英寸SiC襯底量產(chǎn)進程，為產(chǎn)業(yè)界客戶提供更具競爭力的價格。

據(jù)全球市場研究機構(gòu)TrendForce集邦咨詢此前表示，從6英寸升級到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產(chǎn)量，8英寸能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉(zhuǎn)型，是降低SiC器件成本的可行之法。同時8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率，采用8英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。各大廠商積極布局8英寸，技術(shù)方面持續(xù)突破，有助于推動良率提升，對于未來8英寸大規(guī)模普及意義重大。

下游需求量增大，一批碳化硅項目陸續(xù)“上馬”

與此同時，除了訂單不斷發(fā)生，碳化硅相關(guān)項目正如火如荼地進行。據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計，近期共有十多個碳化硅相關(guān)項目迎來開工、投產(chǎn)、封頂?shù)?，涉及襯底、器件及模塊等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，包括芯能半導(dǎo)體、三安半導(dǎo)體、天岳先進、長飛先進、漢民集團、摩珂達(dá)、瀚薪科技、罡豐科技、頂立科技、愛矽科技等企業(yè)。

從投資金額上看，總投資約300億元的三安意法半導(dǎo)體項目以及總投資預(yù)計超過200億元的長飛先進武漢基地項目，備受市場關(guān)注。

三安意法半導(dǎo)體項目建設(shè)廠房已實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)封頂，目前正在修建周邊配套外墻。重慶三安相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹稱，項目主廠房僅用5個多月實現(xiàn)封頂，正在進行室內(nèi)裝修和設(shè)備采購，預(yù)計今年8月將實現(xiàn)點亮投產(chǎn)，比原計劃提前2個月。據(jù)西永微電園消息顯示，三安意法半導(dǎo)體項目全面整合了8英寸車規(guī)級碳化硅的襯底、外延、芯片的研發(fā)制造，致力于建設(shè)技術(shù)先進的8英寸碳化硅襯底和晶圓工廠，項目建成后將成為重慶市半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的新標(biāo)桿、新名。

長飛先進武漢基地項目預(yù)計今年7月封頂，主要聚焦于第三代半導(dǎo)體功率器件研發(fā)與生產(chǎn)，致力于建成全智能化、世界一流的碳化硅器件制造標(biāo)桿工廠，預(yù)計2025年建設(shè)完成。

從已披露的產(chǎn)能來看，三安意法半導(dǎo)體項目規(guī)劃年產(chǎn)48萬片8吋碳化硅車規(guī)級MOSFET功率芯片；長飛先進武漢基地項目預(yù)計將年產(chǎn)36萬片6英寸SiC MOSFET晶圓及外延；芯能半導(dǎo)體合肥高端功率模塊封裝制造基地廠房完成交接，規(guī)劃年產(chǎn)480萬只IGBT模塊和60萬只SiC MOS模塊；罡豐科技第三代半導(dǎo)體襯底外延建設(shè)項目（一期）已開始環(huán)評公示，預(yù)計年產(chǎn)40萬片碳化硅半導(dǎo)體襯底；頂立科技碳化鉭及碳化硅涂層石墨部件研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目進行首次環(huán)評公示，計劃年產(chǎn)60000套碳化鉭涂層石墨件、5000套SiC涂層石墨基座/盤。

圖表來源:全球半導(dǎo)體觀察制表

碳化硅正步入康莊大道

當(dāng)前，碳化硅下游市場需求強烈，尤其是受電動汽車和新能源等主要應(yīng)用領(lǐng)域驅(qū)動，市場對SiC材料的需求呈現(xiàn)出井噴式增長的態(tài)勢。觀察上文市場動態(tài)，也說明了碳化硅產(chǎn)業(yè)正處于高速成長期。

另從市場規(guī)模上看，據(jù)TrendForce集邦咨詢預(yù)期，至2026年SiC功率元件市場規(guī)模可望達(dá)53.3億美元，其主流應(yīng)用仍倚重電動汽車及可再生能源，其中，電動汽車產(chǎn)值可達(dá)39.8億美元、CAGR約38%。