SiC，进入八英寸时代！

本文来自格隆汇专栏：半导体行业观察，作者：蒋思莹

近些年来，随着汽车和工业的升级，以SiC为代表的第三代化合物开始受到行业的青睐。但受到成本的影响，SiC的市场还处于爆发的前夕。从实际情况上看，目前多数SiC都采用的4英寸、6英寸晶圆进行生产，而6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，这也就意味着8英寸制造将会在很大程度上降低SiC的应用成本，因而，SiC何时才能迈进8英寸时代也成为了产业聚焦的热点之一。

日前，意法半导体（简称ST）所宣布的一则消息，则让产业看到了8英寸SiC时代到来的希望——ST在其官方新闻稿中表示，其瑞典北雪平工厂制造出首批8英寸SiC晶圆片，这些晶圆将用于生产下一代电力电子芯片的产品原型。晶圆升级到200mm标志着扩大产能，以及支持汽车和工业市场实现系统和产品电气化的计划取得阶段性成功。

那么，目前国内外8英寸SiC的情况到底如何，8英寸SiC时代才能真正开启？

八英寸SiC的重重挑战

众所周知，以硅基为材料的晶圆已经开始从8英寸迈向了12英寸，硅晶圆的生产经验是否可以助力SiC晶圆向更大面积发展，与硅晶圆相比，SiC晶圆的生产难点又在哪里？

深圳基本半导体有限公司总经理和巍巍博士介绍道：“与硅材料芯片相比，8英寸和6英寸SiC生产的主要差别在高温工艺上，例如高温离子注入，高温氧化，高温激活等，以及这些高温工艺所需求的hard mask（硬掩模）工艺等。”

高温工艺关乎着SiC的良率，这也是各大SiC厂商所着力研发的关键环节之一。

而除了与硅晶圆在生产工艺上有所差异以外，在SiC从6英寸向8英寸发展的过程中也存在着一些差异。

““在功率半导体制造的离子注入、薄膜沉积、介质刻蚀、金属化等环节，8英寸碳化硅与6英寸SiC的差距不大。”和巍巍博士指出：“8英寸SiC的制造难点主要集中在衬底生长、衬底切割加工、氧化工艺。其中，衬底生长方面，扩径到8英寸，对衬底生长的难度会成倍增加；衬底切割加工方面，越大尺寸的衬底切割应力、翘曲的问题越显著；氧化工艺一直是碳化硅工艺中的核心难点，8英寸、6英寸对气流和温场的控制有不同需求，工艺需各自独立开发。”

显然，SiC向更大晶圆面积发展的路并不好走，在这一点上，从SiC从4英寸走向6英寸的过程中便可略窥一二——据 Yole 预测数据显示，2020 年4英寸SiC晶圆接近 10 万片，而 6英寸晶圆市场需求已超过8万片，预计将在2030年逐步超越4英寸晶圆。

如此来看，8英寸SiC市场还处于爆发的前夜，那么，国内外厂商是如何备战8英寸SiC时代的带来？他们现在的处于怎样一种情况。

全球八英寸SiC现状

从目前全球市场情况来看，目前SiC市场主要由Cree、英飞凌、罗姆半导体旗下SiCrystal、II－IV、新日铁住金及道康宁等国外厂商占据着。同时，根据市场的公开资料显示，这些厂商在进入6英寸生产后，在近两年来，其中一部分厂商又对其6英寸产线进行了扩产，并在积极推动SiC向8英寸发展。

从他们对8英寸SiC的布局进程上看，目前在工艺、设备方面，已有外延炉、高温氧化炉、高温激活炉等设备商业化的8英寸设备销售，并由多家国际巨头IDM厂家进行了采购。

在国际知名大厂中，Cree（科锐）、II-VI（高意）、SiCrystal（罗姆集团旗下子公司）、ST（意法半导体）等4家公司已拥有8英寸SiC衬底技术，并有部分公司展示了其8英寸衬底。Cree在2015年展示了8英寸SiC样品， 2019年完成了首批8英寸SiC晶圆样品的制样，正在美国达勒姆市新建的晶圆厂也规划以8英寸SiC产品为主。II-VI和SiCrystal也已经对外展示了8英寸SiC衬底样品，II-VI在样品展示上还早于Cree。

而按照各大厂商的量产计划来看，Cree的计划是在2024年8英寸SiC晶圆工厂规划达产；今年4月，II-VI也表示，未来5年内，将SiC衬底的生产能力提高5至10倍，其中包括量产直径8英寸的衬底；英飞凌方面则预计2023年左右开始量产8英寸衬底，以2025年为目标，量产8英寸SiC衬底器件。

和巍巍博士认为，随着8英寸SiC的到来，8英寸SiC可能会为产业带来以下几方面改变：

1.价格进一步降低：8英寸SiC量产后，器件价格相比于6英寸SiC进一步降低。

2.市场进一步发展：随着价格的进一步降低，碳化硅产品将进入更多的市场。

3.竞争进一步加剧：小尺寸（4英寸）碳化硅晶圆厂将逐步因为成本原因被淘汰。8英寸是目前硅基功率半导体的主流尺寸，当8英寸碳化硅成为市场主流后，更多的硅基半导体巨头将加入碳化硅的竞争中。

4.核心技术重要性凸显：随着技术不断发展，因为性能差距造成的成本差距将更为明显，技术能力相对薄弱的厂商将被逐渐淘汰。

国内八英寸SiC情况

从国内情况来看，国内在6英寸SiC产线上已经有所成绩，国内已知的6英寸SiC生产线有中电55所、中国中车、三安光电、华润微电子、积塔、燕东微电子（与深圳基本半导体共建）、国家电网等，碳化硅肖特基二极管制造水平紧跟国际大厂，大规模量产通过可靠性验证的MOSFET也技术日趋成熟。

根据安信证券的调研报告也显示，国内6英寸产线正在爬良过程中，未来有望进一步提升，同时在加速进行对8英寸产线的研发。

就国内8英寸SiC产线的发展进程上看，国内已有一些公司和单位作为预研项目进行立项。这其中就包括，2020年10月，由中电科半导体持股的山西烁科晶体公司8英寸衬底片已经研发成功，即将量产；根据天科合达在科创板公布的招股书显示，其在2020年也启动了8英寸SiC晶片的研发。

同时，和巍巍博士也指出，要推进8英寸产线建设、加快产业发展，需要社会各方、各位同行及上下游合作伙伴携手合作、共同努力，例如：衬底厂商进一步获得低缺陷密度的晶体，并在衬底切割领域进一步降低翘曲；外延厂商加快突破低表面缺陷和低穿通型缺陷的外延工艺；器件厂商持续提高工艺能力及改进设计，降低量产成本，以应对国际厂商的冲击；下游应用端提供国产器件的测试、应用平台和机会，加快国产替代，扶持国产器件厂商，与器件厂商共同成长。

因此，我们也注意到了与8英寸SiC产业链相关的国内企业的布局，在设备和材料方面，2020年11月合肥露笑科技投资100亿元建设的SIC设备制造、长晶生产、衬底加工、外延制作等产业链的研发和生产基地开工，按照他们的计划，将在第二期、第三期分别达成年产 10 万片 8 英寸衬底片（二期）、年产 10 万片 8 英寸外延片和年产 15 万片 8 英寸衬底片（三期）的建设。