碳化硅——得衬底者得天下国产化进度究竟如何?

中国半导体论坛 2022-12-07 12:57

  • 第三代半导体论坛2022将于12月28日在苏州召开!
  • 半导体CMP材料与靶材研讨会2022将于12月29日在苏州召开!
“碳化硅行业得衬底者得天下”,衬底作为SiC产业链中成本占比最大的部分,自然是各家必争之地。在下游需求带动下,SiC衬底正在从6英寸开始向8英寸推进,更大的衬底尺寸,意味着单片SiC晶圆能够制造出的芯片数量更多,晶圆边缘浪费减少,单芯片成本降低。
8英寸碳化硅对于降本意义显著。目前导电型碳化硅衬底以6英寸为主,8英寸衬底开始发展。根据WolfSpeed 2021年投资日的报告,碳化硅衬底从6英寸到8英寸,单片衬底制备的芯片数量由448颗增长至845颗,边缘损失占比由14%减少至7%可用面积几乎增加一倍,合格芯片产量则增加80-90%。WolfSpeed预测到2024年使用其8英寸衬底生产的MOSFET芯片成本将较2022年使用6英寸衬底下降63%,其中28%来自生产受益(良率提升),25%来自规模效应,10%来自自动化水平提升。
由于国内相关产业起步较晚,从以往SiC衬底量产节点来看,国际上4英寸SiC衬底量产时间比国内早10年左右,而6英寸拉近了差距,量产时间差大约在7年左右。不过随着产学研结合的模式铺开,以及相关产业的投资热潮,带动国内SiC衬底加速追赶国际领先水平。

国际龙头进度
  • Cree(WolfSpeed)早在2015年宣布成功研发8吋SiC衬底;2019年首批样品制备;2022年4月启用全球首个8吋SiC晶圆厂,预计年底量产发货,2024年达产。
  • 意法半导体(ST)于2021年6月瑞典北雪平工厂成功制造出世界首批量产8英寸碳化硅晶圆片。将投资数亿欧元,在意大利的卡塔尼亚建立新基地,生产Norstel研发的8英寸SiC衬底,目标是到2024年实现40%碳化硅衬底的自主供应。8吋SiC量产加速,节点提前至2023年。
  • II-VI半导体于2015年7月展示了8吋导电型SiC衬底,2019年推出8吋半绝缘SiC衬底,2021年4月,II-VI表示,未来5年内,将SiC衬底的生产能力提高5至10倍,8吋SiC量产时间预计为2024年。
  • 罗姆作为最早一批展示8英寸SiC衬底的厂商之一,将原定于2025年量产节点,提前至2023年。

国内企业进度
  • 烁科晶体于2022年3月成功研制8吋SiC晶体
  • 中科院物理所2022年4月成功研制出了单一4H晶型的8英寸SiC晶体,其晶体直径达210mm,晶坯厚度接近19.6mm。此外,还加工出了厚度约2mm的8英寸SiC晶片。
  • 晶盛机电2022年8月成功研发出8英寸导电型SiC晶体,此次研发成功的8英寸SiC晶体,厚度25mm,直径214mm。
  • 天岳先进于2022年9月宣布8吋SiC衬底研发成功,全流程技术自主可控。
  • 南砂晶圆联合山东大学晶体材料国家重点实验室于2022年9月攻关完成了8英寸4H-SiC晶型衬底的制备。
  • 同光半导体2022年10月成功研发8吋SiC衬底,预计2023年小规模量产。
  • 天科合达于2022年11月发布了8吋导电型4H晶型SiC,微管密度<0.1/cm2,位错密度 EPD<4000/cm2,TSD能达到100/cm2以下。

截至目前为止,全球共有15家企业成功研发出了8英寸碳化硅衬底。
按照目前国内相关企业在8英寸SiC衬底上的进度,显然再一次拉近了在SiC衬底上与国际领先水平的距离。相较于6英寸衬底量产的7年时间差,如果进度理想的话,8英寸SiC衬底量产时间与海外龙头的差距可能会缩短至3年

作为新一代通信、新能源汽车、高速列车等新兴战略产业的核心材料,以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体在《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中被列为重点。

碳化硅6英寸晶圆产能处于飞速扩张期,同时以Wolfspeed、意法半导体为代表的头部厂商已经达产8吋碳化硅晶圆。国内厂商如三安、山东天岳、天科合达等厂商主要以6吋晶圆为主,相关项目20余个,投资逾300亿元;国产8吋晶圆技术突破也正迎头赶上。得益于电动汽车及充电基础设施的发展,预计2022-2025年间碳化硅器件的市场增长率将达30%。衬底未来几年内依然是碳化硅器件的主要产能限制因素。

氮化镓器件目前主要由快充功率市场和5G宏基站和毫米波小基站射频市场驱动。GaN射频市场主要由Macom、Intel等占据,功率市场有英飞凌、Transphorm等。近来年,国内企业如三安、英诺赛科、海威华芯等也在积极布局氮化镓项目。另外,氮化镓激光器件快速发展。GaN半导体激光器在光刻、存储、军事、医疗等领域均有应用,目前年出货量在3亿支左右,并且近期以20%的年增长率进行增长,预计2026年市场总量达到15亿美元。

第3届第三代半导体论坛将于2022年12月28日召开。多家国内外龙头企业参会,重点关注碳化硅、氮化镓上下游产业链;最新衬底、外延、器件加工工艺和生产技术;展望氧化镓、氮化铝、金刚石、氧化锌等宽禁带半导体前沿技术研究深度进展。并将参观国内第三代半导体材料与设备产业园区和重点企业。

会议主题

    1. 美国芯片禁令对中国第三代半导体发展的影响
    2. 全球与中国第三代半导体市场及产业发展现状
    3. 晶圆产能供需与第三代半导体市场机遇
    4. 6吋SiC项目投资与市场需求展望
    5. SiC PVT长晶技术&液相法的现状及发展
    6. 8吋SiC国产化进程和技术突破
    7. SiC市场以及技术发展难题&解决方案
    8. GaN射频器件及模块在5G基站方面的应用
    9. GaN在快充市场中的发展及替代情况
    10.GaN激光器件技术和市场应用
    11.国产化与技术及设备发展机遇与挑战
    12.其他第三代半导体发展前景

化学机械抛光(CMP)是实现晶圆全局平坦化的关键工艺。CMP工艺贯穿硅片制造、集成电路制造与封装测试环节。抛光液和抛光垫是CMP工艺的核心耗材,占据CMP材料市场80%以上。 鼎龙股份、华海清科为代表的CMP材料与设备企业受到行业重点关注。
靶材是制备功能薄膜的核心原材料,主要用于半导体、面板、光伏等领域,实现导电或阻挡等功能。在半导体几大材料中,靶材是国产化程度最高的一种。国产铝、铜、钼等靶材领域取得突破,主要上市公司有江丰电子、有研新材、阿石创、隆华科技等。
未来三年将是中国半导体制造产业高速发展期,中芯国际、华虹宏力、长江存储、长鑫存储、士兰微等企业加速扩产,格科微、鼎泰匠芯、华润微等企业布局的12英寸晶圆生产线也将陆续投产,这将带来巨大的CMP材料与靶材需求。
新形势下,国内晶圆厂供应链安全越发重要,培养稳定的本土材料供应商势在必行,这也将给国内供应商带来巨大的机遇。靶材的成功经验,也将给其他材料的国产化发展提供借鉴。
半导体CMP材料与靶材研讨会2022将于12月29日在苏州召开。会议由亚化咨询主办,多家国内外龙头企业重点参与。
会议主题

1.中国CMP材料与靶材政策与市场趋势

2.美国制裁对国内半导体材料供应链的影响

3.CMP材料与靶材市场与重点企业分析

4.半导体CMP抛光研磨液

5.CMP抛光垫与清洗液

6.CMP抛光设备进展

7.半导体靶材市场供需

8.半导体靶材重点企业动向

9.CMP与靶材技术进展

10.靶材国产化经验及借鉴


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关于亚化咨询

亚化咨询是国内领先的新兴能源、材料领域的产业智库,2008年成立于上海浦东。业务范围:咨询研究、会议培训、产业中介。重点关注:新兴能源、材料产业,如煤化工、高端石化、光伏、氢能与燃料电池、生物能源材料、半导体、储能等。


参考来源:公开消息、电子发烧友网

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