海外大廠搶灘2023，國內企業加速追趕碳化硅襯底8英寸節點

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）襯底產能在近年成為了碳化硅行業痛點，隨著電力電子行業，包括電動汽車、光伏、儲能、風電等新能源應用市場的發展，碳化硅功率器件因為高效率、高耐壓等優勢受到了追捧，導致產能嚴重供不應求。增加產能的有效方法就是提高襯底尺寸，目前碳化硅襯底尺寸正在從6英寸往8英寸發展。

全球最大的碳化硅襯底供應商Wolfspeed，今年4月剛剛開始在全球首個8英寸碳化硅晶圓廠試產，預計今年年底可以向客戶供貨。8英寸襯底雖然生產成本比6英寸高，但以32平方毫米的裸晶為例，每片8英寸晶圓上的裸晶數量增加近90%，且邊緣裸片的數量占比從14%減少至7%，綜合良率可達80%以上。因此綜合下來，8英寸襯底除了產能可以大幅增加之外，在單裸晶的成本上會占有一定優勢。

最近晶盛機電宣布，公司成功生長出行業領先的8英寸碳化硅晶體。翻看公司公告，在8月12日晶盛機電首顆8英寸N型碳化硅晶體就已經成功出爐，表示成功解決了8英寸碳化硅晶體生長過程中溫場不均、晶體開裂、氣相原料分布等難點問題。

碳化硅產業的關鍵是襯底，晶體制備又是碳化硅襯底的核心，碳化硅晶體通過切割、研磨、拋光、清洗等工序后就可以作為襯底。

可能很多人都聽說過第三代半導體是中國半導體產業實現“彎道超車”的機會，但從碳化硅產業來看，國內產業總體而言其實還是落后于歐美頭部廠商。

在襯底方面，國內目前商業碳化硅襯底產品以4英寸小尺寸為主，近幾年逐步往6英寸推進。在半絕緣型SiC襯底中，國內天岳先進在全球市場中占比達到30%，僅次于Wolfspeed和II-VI排名第三。

而國際廠商目前主流碳化硅襯底產品為6英寸，龍頭企業大多已經完成8英寸襯底的研制，Wolfspeed預計今年年底可以向客戶供貨。

那么按照襯底尺寸的進度，國際上4英寸碳化硅襯底量產時間相比國內要早10年以上，6英寸也要相比國內量產時間節點早7年左右，總體而言差距較大。不過從4英寸到6英寸，我們也能看到代差其實在縮短。

到了8英寸的階段，先來看看國際企業的情況。今年4月，業界龍頭Wolfspeed的全球最大碳化硅晶圓廠、全球首座8英寸碳化硅工廠正式開業，預計今年年底可以向客戶供應8英寸碳化硅襯底，并在2024年達產，最終產能將會達到2017年的30倍。

今年5月，法國Soitec公司發布了其首款8英寸碳化硅襯底，目前正在開展第一輪關鍵客戶產品驗證，有望2023年在柏林新工廠中實現量產。

II-VI早在2015年就展示了8英寸導電型碳化硅襯底，2019年又研發出半絕緣8英寸碳化硅襯底。不過量產進度相比于Wolfspeed還稍微落后，2021年II-VI表示未來5年內，將碳化硅襯底的生產能力提高5至10倍，其中包括量產8英寸的襯底。

去年7月意法半導體宣布在瑞典北雪平工廠制造出首批8英存碳化硅襯底，不過大規模量產還要等2023年意大利的新工廠落成。羅姆也表示會在2023年開始量產8英寸碳化硅襯底。

國際大廠8英寸碳化硅襯底的量產時間集中在2023年附近，那么國內情況如何？進展較快的是中電科第二研究所全資子公司爍科晶體，他們在2020年宣布8英寸碳化硅襯底研發成功，隨后在去年8月宣布研制出8英寸碳化硅晶體后，今年1月又完成了8英寸N型（導電型）碳化硅拋光片小批量生產。

中科院物理研究所今年5月成功研制出8英寸碳化硅導電單晶，可以用于制造碳化硅單晶襯底。該研究所目前與天科合達合作，通過企業將研究成果產業化，目前已經實現4-6英寸碳化硅襯底的大批量生產和銷售，但8英寸顯然還處于研發階段。

除此之外，天岳先進、露笑科技等國內企業都宣布了研發8英寸碳化硅襯底的計劃，但目前為止還沒有明確的量產時間表。

如果將Wolfspeed在2019年11月完成首批8英寸碳化硅晶圓樣品制備作為國際上8英寸小批量生產的參考節點，那么理想狀態下，國內進展最快的爍科晶體在8英寸產品上與國際差距不到三年，相比于6英寸量產節點差距再大幅縮小。

但盲目追趕尺寸也并非理性，其實國內碳化硅襯底普遍在良率、缺陷率上與國際上的領先產品還有差距，比如國內6英寸碳化硅襯底良率普遍在30%-40%左右，Wolfspeed目前已經可以做到60%左右了。所以對于國內碳化硅襯底企業而言，目前最重要的是與下游客戶合作，共同改善產品缺陷或良率。