SiC外延片
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-20
SiC外延片的實(shí)例教程
SIC襯底價(jià)格預(yù)測(cè)（元/cm2）
基于SiC襯底，外延環(huán)節(jié)普遍采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）獲得高質(zhì)量外延層，隨后在外延層上進(jìn)行功率器件的制造。單位成本也會(huì)相應(yīng)降低！
SiC 外延片價(jià)格（元/cm2）
我們判斷，2022 年有望成為 SiC 價(jià)格下降的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)橹髁髌放菩履茉窜嚻箝_(kāi)始量產(chǎn)采用 SiC 方案的車型，如果僅考慮逆變器的使用，新能源車將消耗絕大部分 SiC 襯底產(chǎn)能，如果再把車載 OBC、充電樁、DC/DC 的 SiC 使用滲透考慮進(jìn)去，需求量將更大。
從產(chǎn)能角度來(lái)看，以特斯拉 Model3 為例估算，根據(jù)拆解圖，主逆變器中有 24 個(gè) SiC 模塊，每個(gè)模塊 2 個(gè) SiC MOSFET，共需要 48 顆芯片。一個(gè) 6 寸片面積約為 8.8 輛車所消耗的 SiC MOSFET 芯片面積，假設(shè)10%邊緣損耗和 60%良率，則單個(gè) 6 寸片足夠供應(yīng)約 4.7 輛車。Model 3/Y 2019 年交貨量 30 萬(wàn)輛，消耗 6.4 萬(wàn)片 SiC，約占當(dāng)年全球產(chǎn)能 24%。SiC 產(chǎn)業(yè)鏈在快速擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì) 2025 年產(chǎn)能為 2019 年的 10 倍。
新能源汽車用 SiC 功率器件產(chǎn)能測(cè)算
這將大幅提升襯底和外延企業(yè)的產(chǎn)能利用率，到2025 年 SiC 器件價(jià)格有望下降到當(dāng)前水平的 1/4-1/3，結(jié)合電池成本的節(jié)省，SiC 的經(jīng)濟(jì)性和性能優(yōu)勢(shì)將充分顯現(xiàn)。
展開(kāi) 國(guó)外主要的外延片企業(yè)代表企業(yè)昭和電工，目前產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于豐田集團(tuán)旗下主要生產(chǎn)汽車空調(diào)、點(diǎn)火、燃油噴射等系統(tǒng)的DENSO（電裝）公司用于燃料電池電動(dòng)車的下一代增壓動(dòng)力模塊制造。近期英飛凌科技公司與昭和電工簽訂了一份包括外延在內(nèi)的多種SiC材料（SiC）的供應(yīng)合同，以滿足英飛凌目前SiC基產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的需求。
國(guó)內(nèi)碳化硅外延片的生產(chǎn)商，主要瀚天天成、東莞天域、國(guó)民技術(shù)子公司國(guó)民天成、世紀(jì)金光，以及國(guó)字號(hào)的中電科13所和55所。以及實(shí)現(xiàn) SiC 從材料到封裝一體化的半導(dǎo)體公司三安集成等。目前國(guó)內(nèi)外延片也是以提供4英寸的產(chǎn)品為主，并開(kāi)始提供6英寸外延片。2019 SiC外延片折算6英寸產(chǎn)能約為20萬(wàn)片/年。
三安集成是全球少數(shù)實(shí)現(xiàn) SiC 從材料到封裝一體化的半導(dǎo)體公司。目前，三安集成是繼科銳、羅姆后，全球少數(shù)實(shí)現(xiàn) SiC 垂直產(chǎn)業(yè)鏈布局的廠商，在國(guó)內(nèi)更是行業(yè)先驅(qū)者。
三安長(zhǎng)沙項(xiàng)目
三安集成長(zhǎng)沙項(xiàng)目加碼 160 億投資 SiC 等第三代化合物半導(dǎo)體，搶先卡位布局。2020 年 6 月，公司公告在長(zhǎng)沙高新技術(shù)園區(qū)成立子公司，投資160億元于SiC等化合物第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目，包括長(zhǎng)晶—襯底制作—外延生長(zhǎng)—芯片制備—封裝產(chǎn)業(yè)鏈。長(zhǎng)沙投資的具體項(xiàng)目的產(chǎn)品包括 6 寸 SiC 導(dǎo)電襯底、4 寸半絕緣襯底、SiC 二極管外延、SiC MOSFET 外延、SIC 二極管外延芯片、SiC MOSFET 芯片、SiC 器件封裝二極管、SiC 器件封裝 MOSFET。
展開(kāi) 根據(jù)昭和電工8月23日發(fā)布的公告，他們發(fā)行3519萬(wàn)股新股，以將籌得1093億日?qǐng)A（約64.56億人民幣）資金，其中約700億日?qǐng)A（約41.35億人民幣）將用于擴(kuò)增SiC晶圓等半導(dǎo)體材料產(chǎn)能。
從昭和電工公布的計(jì)劃投資細(xì)則來(lái)看，用于碳化硅晶圓等方面擴(kuò)產(chǎn)的資金約為58億日?qǐng)A（3.4億人民幣），擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目預(yù)計(jì)2023年12月完工。
昭和電工這次擴(kuò)產(chǎn)，將能夠更好地滿足供貨需求。
今年5月6日，昭和電工與英飛凌簽訂了碳化硅供應(yīng)合同，合同期為兩年，將為英飛凌提供包括外延在內(nèi)的各種碳化硅材料（.點(diǎn)這里.）。
2020年12月10日，昭和電工宣布，日本電裝公司已經(jīng)將其6英寸碳化硅外延片應(yīng)用在燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV) 升壓電源模塊。
新日鐵助力
外延缺陷減少一半
英飛凌和電裝公司之所以跟昭和電工合作，主要是看中其SiC外延片的質(zhì)量。
據(jù)介紹，2005年昭和電子就開(kāi)始研發(fā)SiC外延片，2013年10月還率先推出了6英寸SiC外延片，2017年月產(chǎn)銷3000片外延片。
昭和電子的SiC外延片質(zhì)量大幅提升得益于一次收購(gòu)。
2017年8月，新日鐵住金公司遭遇經(jīng)濟(jì)危機(jī)，想剝離SiC業(yè)務(wù)，于是昭和電工就出資收購(gòu)了PVT法碳化硅長(zhǎng)晶相關(guān)資產(chǎn)（.點(diǎn)這里.）。
收購(gòu)后，2019年8月，昭和電工正式量產(chǎn)了第一代具有極低缺陷密度的SiC外延片“HGE-2G” ，其直徑為6英寸，表面缺陷密度控制是上一代外延片HGE的一半。此外，HGE-2G的基面位錯(cuò)（BPD）轉(zhuǎn)換率也比HGE提高了10倍以上，成功提高了SiC功率半導(dǎo)體的可靠性。
展開(kāi) 該公司公布了2次環(huán)評(píng)消息，4月份披露的SiC項(xiàng)目總投資額為
3.07億元
，年產(chǎn)2萬(wàn)片6英寸SiC襯底和2萬(wàn)片6英寸SiC外延片。7月份投資額改為
1.3億元，
年產(chǎn)2萬(wàn)片6英寸SiC外延片。
此外，該項(xiàng)目并不需要重新建設(shè)廠房，很快可以投入使用。據(jù)介紹，2020年合盛新材料投資
5.3億元
新建了一個(gè)金屬?gòu)?fù)合材料的廠房，現(xiàn)階段已建設(shè)完成。為了生產(chǎn)SiC襯底，他們調(diào)整了這個(gè)廠房布局，
利用現(xiàn)有廠房
建設(shè)碳化硅襯底及外延片產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線項(xiàng)目。
展開(kāi) 碳化硅功率器件與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導(dǎo)通型單晶襯底上額外生長(zhǎng)高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達(dá)2000多度，且加工周期比較長(zhǎng)，產(chǎn)出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過(guò)程和硅基本上差不多，在溫度設(shè)計(jì)以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過(guò)程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
外延工藝是整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的一種非常關(guān)鍵的工藝，由于現(xiàn)在所有的器件基本上都是在外延上實(shí)現(xiàn)，所以外延的質(zhì)量對(duì)器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質(zhì)量它又受到晶體和襯底加工的影響，處在一個(gè)產(chǎn)業(yè)的中間環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到非常關(guān)鍵的作用。
SiC外延片是SiC產(chǎn)業(yè)鏈條
核心的中間環(huán)節(jié)
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長(zhǎng)外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長(zhǎng)了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實(shí)際應(yīng)用中，寬禁帶半導(dǎo)體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國(guó)SiC外延材料研發(fā)工作開(kāi)發(fā)于“九五計(jì)劃”，材料生長(zhǎng)技術(shù)及器件研究均取得較大進(jìn)展。主要研究單位有中科院半導(dǎo)體研究所、中電集團(tuán)13所和55所、西安電子科技大學(xué)等，產(chǎn)業(yè)化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國(guó)已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級(jí)SiC電力電子器件的研制。
展開(kāi) 
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SiC外延片的最新內(nèi)容
如Vcsel激光雷達(dá)芯片的過(guò)程膠帶、SiC外延片的研磨保護(hù)膜、MiniLED刺晶的巨量轉(zhuǎn)移膠一代和刺晶UV藍(lán)膜二代等。這種定制化的合作有助于積極參與客戶的創(chuàng)新研發(fā)，滿足不同客戶需求。”
在新產(chǎn)品與新技術(shù)的布局方面，賽伍技術(shù)圍繞傳統(tǒng)封裝用膠帶進(jìn)口替代，先進(jìn)封裝制程與客戶共同開(kāi)發(fā)材料的方向進(jìn)行規(guī)劃。
SiC外延片屬于行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈現(xiàn)雙寡頭壟斷市場(chǎng)，合計(jì)約占SiC導(dǎo)電型外延片95%的市場(chǎng)份額。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)外延廠商?hào)|莞天域和廈門瀚天天成等均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可供應(yīng)4-6英寸外延片。中電科13所、55所、希科半導(dǎo)體等也能供應(yīng)外延片，整體產(chǎn)能仍有較大提升空間。
其中，
在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長(zhǎng)碳化硅外延層制得碳化硅同質(zhì)外延片，可進(jìn)一步制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域；在半絕緣型碳化 硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）異質(zhì)外延片，可進(jìn)一步制成 HEMT 等微波射 頻器件，應(yīng)用于 5G 通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。
在SiC外延方面，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了4-6英寸SiC外延片的量產(chǎn)，可以滿足3.3kV及以下功率器件制備需求，而超高壓（＞10kV）SiC功率器件所需的N型SiC外延片以及雙極型SiC功率器件所需的P型SiC外延片等方面還處于研究階段。
在導(dǎo)電型SiC襯底上生長(zhǎng)SiC外延層制得SiC外延片，可進(jìn)一步制成功率器件，功率器件是電力電子行業(yè)的重要基礎(chǔ)元器件之一，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化和電路控制等領(lǐng)域。
如SiC襯底制造商天科合達(dá)、山東天岳、露笑科技等；SiC外延片生產(chǎn)企業(yè)東莞天域、瀚天天成、英諾賽科、晶湛半導(dǎo)體、聚能晶源等；負(fù)責(zé)器件設(shè)計(jì)的企業(yè)有深圳基本半導(dǎo)體、瞻芯電子、蘇州鍇威特、陸芯科技等。而以IDM模式生產(chǎn)器件和模塊的企業(yè)有比亞迪半導(dǎo)體、泰科天潤(rùn)、瑞能半導(dǎo)體、士蘭微、揚(yáng)杰科技、匯川技術(shù)、中國(guó)中車等多家企業(yè)，以及與Wolfspeed、羅姆類似的全流程布局的有三安光電等。
2019年11月
工信部印發(fā)《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》，其中GaN單晶襯底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片，SiC單晶襯底等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)入目錄。
2019年6月
商務(wù)部及發(fā)改委在鼓勵(lì)外商投資名單中增加了支持引進(jìn)SiC超細(xì)粉體外商企業(yè)。
東芝主要是向
昭和電工
采購(gòu)低缺陷的
SiC外延片
，并于2021年9月與該公司簽訂了長(zhǎng)期供應(yīng)合同。
東芝未來(lái)的SiC器件將會(huì)采用一種所謂的
“in-process epi”
的外延生長(zhǎng)工藝，該工藝是與NuFlare Technology（
鈕富來(lái)
）聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
GaN方面
，東芝計(jì)劃在2023年開(kāi)始提供結(jié)合
GaN和硅功率MOSFET的產(chǎn)品
。
02.SiC外延片是SiC產(chǎn)業(yè)鏈條核心的中間環(huán)節(jié)
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長(zhǎng)外延層。
目前上游的晶片基本被美國(guó)CREE和II-VI等美國(guó)廠商壟斷；國(guó)內(nèi)方面，SiC晶片商天科合達(dá)和山東天岳已經(jīng)能供應(yīng)2英寸~6英寸的單晶襯底，且營(yíng)收都達(dá)到了一定的規(guī)模；SiC外延片：廈門瀚天天成與東莞天域可生產(chǎn)2英寸~6英寸SiC外延片。
