SiC襯底的案例
市場 | 半絕緣SiC襯底全球第三，山東天岳科創板IPO獲受理！
山東天岳核心業務半絕緣SiC襯底的毛利率具體情況如下：
三、2020年SiC襯底總產量約4.75萬片
報告期內，山東天岳的SiC襯底總產量（半絕緣型+導電型，各尺寸產量簡單相加數）分別為1.1463萬片、2.0159萬片和4.7538萬片。
四、半絕緣型SiC襯底市占率全球第三，批量供應給領先通信企業；導電型SiC襯底已中標國家電網的采購計劃
半絕緣型SiC襯底領域，山東天岳產品電阻率已實現108Ω·cm以上，電學性能達到較高水平，已批量且穩定地供應給通信行業領先企業，用于其新一代信息通信射頻器件的制造。
展開 國內SiC襯底供應，又有新進展
SiC長晶效率又比Si慢100至200倍，Si長晶約3天即可制造高度200公分晶棒，SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。此外，SiC硬且脆，切割、研磨拋光難度高，會有很多報廢物。
科銳（
Cree
）是全球SiC襯底龍頭廠，市占率超過6成，目前國內有廣運集團旗下盛新材料科技和穩晟材料投入SiC襯底領域。
楊瑞臨說，SiC襯底不僅占功率元件成本比重高，且與產品質量密切相關，SiC襯底將是SiC發展的一大關鍵，包括意法半導體（
ST
）等廠商皆積極朝上游SiC襯底發展，以強化競爭力，值得廠商參考。
國內仍有很大的發展空間
根據 Yole 數據，2025 年射頻器件市場將達到 20 億美元，2019-2025年市場規模 CAGR 將達 18%；2025 年功率器件市場規模將達 25.62 億美元，增速超過射頻器件，2019-2025 年市場規模 CAGR 達 30%。下游器件需求的釋放將帶動襯底產業蓬勃發展。
國際SiC大廠已經紛紛抱團取暖，國內企業也將奮力趕上。好在總體上由于SiC市場目前還處于初期階段，滲透率較低，未來幾年的競爭格局還有較大不確定性。國內的SiC襯底企業如天科合達、山東天岳、河北同光等仍有很大的發展空間。
天科合達是國內成立時間最早、規模最大的碳化硅晶片制造商之一。已經掌握6英寸碳化硅晶片的制造技術，并成功實現批量供應。
展開 圍攻SiC襯底龍頭
報道指出，環球晶目前6 吋SiC 襯底月產能約2000 片，部分客戶已開始出貨，據悉，由于客戶需求強勁，明年6 吋SiC 襯底產能將不只翻倍增，而是呈現倍數成長，可望擴增至5000 片，也有機會進一步提升至8000 片。
去年九月，韓國SK 集團也宣布，計劃在碳化硅襯底業務上投資 7000 億韓元（約合 38億元人民幣），以期 2025 年成為世界尖端材料市場的龍頭。根據報道，SK 集團計劃將 SiC 晶圓的生產能力從2021年的年產3萬片增加到 2025 年的每月 5萬片，大幅提高他們的市占率。該他們預測，2021 年 ，公司SiC 晶圓業務的銷售額將達到 300 億韓元，并計劃到 2025 年將銷售額提高到 5000 億韓元
SOI晶圓供應商Soitec在去年11月30日也宣布，收購碳化硅晶圓拋光和回收公司NOVASiC，以推動電動汽車和工業應用電源系統半導體的開發。Soitec表示，他們將通過獨特的碳化硅技術SmartCut，用多晶碳化硅襯底，來提高單晶供體碳化硅襯底的重復使用率、良率、性能。
當然，正在大力發展半導體產業的中國，也自然不會錯過這個機會。如最近上市的天岳就是國內SiC襯底的供應商。另外還有天科合達和三安光電等本土企業正在深耕這個領域。
不過，正如天岳在招股說明書中所說：“根據公開信息，行業龍頭科銳公司能夠批量供應 4 英寸至 6 英寸導電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發并開始建設 8 英寸產品生產線。目前，公司主要產品是 4 英寸半絕緣型碳化硅襯底，6 英寸半絕緣型和 6 英寸導電型襯底已形成小批量銷售，與全球行業龍頭尚存在一定的差距。”
展開 SiC整條產業鏈，華為投全了
此前，我們報道過華為全面進攻功率器件，包括IGBT、SiC和GaN。而華為似乎尤其看好SiC，在SiC領域，華為可以說投資了一整條產業鏈，涵蓋SiC襯底、SiC外延、SiC器件、SiC襯底制造設備。華為究竟在下怎樣一局大棋？
SiC產業鏈一覽
SiC的產業鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測等環節構成。
SiC襯底處于寬禁帶半導體產業鏈的前端，是前沿、基礎的核心關鍵材料。而SiC單晶在自然界極其稀有，幾乎不存在。只能依靠人工合成制備。目前工業生產SiC襯底材料以物理氣相升華法為主，這種方法需要在高溫真空環境下將粉料升華，然后通過溫場的控制讓升華后的組分在籽晶表面生長從而獲得SiC晶體。整個過程在密閉空間內完成，有效的監控手段少，且變量多，對于工藝控制精度要求極高。
圖源：天科合達招股書
襯底電學性能決定了下游芯片功能與性能的優劣，為使材料能滿足不同芯片的功能要求，需要制備電學性能不同的SiC襯底。按照電學性能的不同，SiC襯底可分為低電阻率的導電型SiC襯底，和高電阻率的半絕緣型SiC襯底。
展開 
Cree、II-VI竟然是這樣做強的！值得借鑒嗎？
為了推動SiC實現更廣泛的商業化，1999 年，美國《國防生產法案》“Title III計劃”為SiC行業提供了急需的啟動資金，美國空軍為3家公司提供了“成本分攤合同”，包括Cree-Research、Sterling (ATMI)和Litton-Airtron，目標是將SiC襯底直徑擴大到75mm，并提高晶體質量。
2002年開始，美國國防高級研究計劃機構的WBGS計劃也高度關注寬帶隙半導體材料的開發，Cree和Sterling都獲得了相關合同，目標是將N型和半絕緣SiC襯底直徑擴大到100mm，并將微管密度降低到1cm-2以下。
不過，并不是所有獲得資助的企業都發展地很好。
2000年12月，Litton Industries以38億美元（約245億人民幣）或每股80美元的價格被Northrop Grumman收購。2001年底，Litton-Airtron的SiC研發部門又被II-VI收購。
2002年，在獲得DARPA合同的幾個星期后，Sterling的母公司Uniroyal Corporation就申請破產，導致關鍵技術人員外流。道康寧立即收購了Sterling。
而且，早期的SiC技術開發遠未能實現合同計劃目標。從下圖可以看出，Cree的品質明顯優于競爭對手。
圖4.2002年左右，Cree 75mm、DOW 75mm和II-VI 50mm 4HN SiC （上）和半絕緣 SiC的交叉偏振圖像（下）。
2005年，DARPA對SiC襯底的支持基本結束，只有Cree顯示出加速SiC襯底商業化的強烈跡象。而當時，道康寧的研發依舊掙扎，而II-VI的進展也很緩慢。
隨后，DARPA將投資主要集中在SiC功率開關和GaN RF器件上，Cree的襯底業務從中受益。
展開 這家SiC公司是如何做到的？
為了推動SiC實現更廣泛的商業化，1999 年，美國《國防生產法案》“Title III計劃”為SiC行業提供了急需的啟動資金，美國空軍為3家公司提供了“成本分攤合同”，包括Cree-Research、Sterling (ATMI)和Litton-Airtron，目標是將SiC襯底直徑擴大到75mm，并提高晶體質量。
2002年開始，美國國防高級研究計劃機構的WBGS計劃也高度關注寬帶隙半導體材料的開發，Cree和Sterling都獲得了相關合同，目標是將N型和半絕緣SiC襯底直徑擴大到100mm，并將微管密度降低到1cm-2以下。
不過，并不是所有獲得資助的企業都發展地很好。
2000年12月，Litton Industries以38億美元（約245億人民幣）或每股80美元的價格被Northrop Grumman收購。2001年底，Litton-Airtron的SiC研發部門又被II-VI收購。
2002年，在獲得DARPA合同的幾個星期后，Sterling的母公司Uniroyal Corporation就申請破產，導致關鍵技術人員外流。道康寧立即收購了Sterling。
而且，早期的SiC技術開發遠未能實現合同計劃目標。從下圖可以看出，Cree的品質明顯優于競爭對手。
圖4.2002年左右，Cree 75mm、DOW 75mm和II-VI 50mm 4HN SiC （上）和半絕緣 SiC的交叉偏振圖像（下）。
2005年，DARPA對SiC襯底的支持基本結束，只有Cree顯示出加速SiC襯底商業化的強烈跡象。而當時，道康寧的研發依舊掙扎，而II-VI的進展也很緩慢。
隨后，DARPA將投資主要集中在SiC功率開關和GaN RF器件上，Cree的襯底業務從中受益。
展開 又增2個SiC項目！合計年產能12萬片
該公司公布了2次環評消息，4月份披露的SiC項目總投資額為
3.07億元
，年產2萬片6英寸SiC襯底和2萬片6英寸SiC外延片。7月份投資額改為
1.3億元，
年產2萬片6英寸SiC外延片。
此外，該項目并不需要重新建設廠房，很快可以投入使用。據介紹，2020年合盛新材料投資
5.3億元
新建了一個金屬復合材料的廠房，現階段已建設完成。為了生產SiC襯底，他們調整了這個廠房布局，
利用現有廠房
建設碳化硅襯底及外延片產業化生產線項目。
發展碳化硅，襯底是關鍵
SiC長晶效率又比Si慢100至200倍，Si長晶約3天即可制造高度200公分晶棒，SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。此外，SiC硬且脆，切割、研磨拋光難度高，會有很多報廢物。
科銳（Cree）是全球SiC襯底龍頭廠，市占率超過6成，目前國內有廣運集團旗下盛新材料科技和穩晟材料投入SiC襯底領域。
楊瑞臨說，SiC襯底不僅占功率元件成本比重高，且與產品質量密切相關，SiC襯底將是SiC發展的一大關鍵，包括意法半導體（ST）等廠商皆積極朝上游SiC襯底發展，以強化競爭力，值得廠商參考。
來源：「中央社」
展開 又一企業量產8寸SiC，全球已有7家
同時，還將新建2家工廠，其中一家工廠將生產6英寸和8英寸SiC晶圓，該廠將在2022年3月前開始建設，以便在2023/2024財年投入使用。
據“三代半風向”了解，2015年，Cree和Rohm都展示了8英寸SIC襯底。2015年7月，II-VI也展示了8英寸導電型SiC襯底，2019年又推出了半絕緣8英寸SiC襯底。2020年9月24日，英飛凌表示200mmSiC晶圓生產線已經建成。
在量產時間表方面，2019年5月，Cree宣布投入10億美元（約64.6億人民幣）建設新工廠，將于2024年量產8英寸碳化硅等產品。
今年4月，II-VI表示，未來5年內，將SiC襯底的生產能力提高5至10倍，其中包括量產直徑200 mm（8英寸）的襯底。
英飛凌預計2023年左右開始量產8英寸襯底，以2025年為目標，量產8英寸SiC襯底器件。
此外，中國企業也掌握了相關技術。2020年10月，據山西日報報道，山西爍科晶體公司完全掌握4-6英寸襯底片“切、磨、拋”工藝，同時8英寸襯底片已經研發成功，即將量產。
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如SiC襯底制造商天科合達、山東天岳、露笑科技等；SiC外延片生產企業東莞天域、瀚天天成、英諾賽科、晶湛半導體、聚能晶源等；負責器件設計的企業有深圳基本半導體、瞻芯電子、蘇州鍇威特、陸芯科技等。而以IDM模式生產器件和模塊的企業有比亞迪半導體、泰科天潤、瑞能半導體、士蘭微、揚杰科技、匯川技術、中國中車等多家企業，以及與Wolfspeed、羅姆類似的全流程布局的有三安光電等。
國內企業在SiC襯底方面以4英寸為主，同時山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能、露笑科技等廠商已完成6英寸襯底的研發；中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底，在SiC單晶襯底技術上形成自主技術體系。從市場現狀來看，在SiC這條賽道上，國內企業經過幾年深入耕耘，正在積極進入一些關鍵產品的供應鏈，但目前與國外還存在一定差距。
業內人士認為，除了LED發光和射頻，SiC的技術難點主要在于襯底缺陷的控制。當前低缺陷密度的襯底材料主要是歐美及日本廠商生產，國內想要突破還需要相當長的一段時間。同時SiC材料工藝控制難度高、產品批次性波動大導致良率偏低以及主要材料供應被壟斷，甚至推導到市場價格一直居高不下，目前只限定在部分應用市場。
另一邊，GaN領域，目前全球有超過30家企業從事GaN半導體的研發，其中實現商業化量產的企業僅有10家左右。GaN 器件產業鏈各環節依次為：GaN襯底→GaN外延→器件設計→器件制造。目前產業以IDM企業為主，但是設計與制造環節已經開始出現分工，其中，住友電工在GaN襯底領域一家獨大，市場份額超過90%；外延片龍頭包括IQE、COMAT等；GaN制造環節代表性企業包括穩懋、富士通和臺積電，大陸方面以三安光電為代表，有成熟的GaN制程代工服務。
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SiC材料之殤
SiC器件成本高的一大原因就是SiC襯底貴，目前，襯底成本大約是加工晶片的50%，外延片是25%，器件晶圓生產環節20%，封裝測試環節5%。SiC襯底不止貴，生產工藝還復雜，與硅相比，碳化硅很難處理、研磨和鋸切，挑戰非常大。所以大多數企業都是從Cree、Rohm等供應商購買襯底。
SiC器件廣泛用于光伏逆變器、工業電源和充電樁市場，再加上特斯拉等新能源汽車廠開始陸續導入SiC器件，導致SiC器件用量激增，也直接拉到SiC襯底和外延片需求量增漲。目前SiC材料產能十分緊缺，能否穩定供貨是碳化硅功率產品很重要的產品屬性。
目前Cree是全球最大的SiC襯底和外延片供應商，約占全球一半產能；羅姆（Rohm）、高意（II-VI）分列二、三位，合計占有全球35%的產能。高意（II-VI）計劃將6英寸碳化硅材料的產能擴大5-10倍，同時擴大差異化8英寸材料技術批量生產；日本昭和電工（SDK）SiC襯底和外延片月產能2018年從3000片提高到2020年的月產能9000片的規模。
但同時Cree、Rohm、II-VI又是器件供應商，與眾多客戶構成了直接競爭關系，且能夠通過SiC襯底和外延片的銷售情況，獲取客戶的產品研發節奏、產能安排等核心商業信息，在市場爆發后，會讓客戶很受傷。
但由于碳化硅產業的封閉性帶來的供應鏈壁壘一時無解。由于長晶和工藝經驗的高度相關，Cree、Rohm、II-V等主流材料廠商的長晶爐都自行設計，牢牢掌控核心長晶環節的上游設備資源。新進入者需要同時解決工藝和設備的問題，難度不小。
所幸的是，
2020年和2021年的缺芯之痛，讓下游客戶特別是汽車客戶對上游器件廠商的穩定供貨能力會更加關注，將對IDM器件廠商會有更強的偏移。
展開 
意法、羅姆8吋SiC來了
意法半導體首席執行官Jean-Marc Chéry表示，他們的目標是到2024年實現40%碳化硅襯底的自主供應。
天域、芯粵能布局8吋線
恒普科技為國產SiC助力
據悉，8英寸SiC晶圓的芯片產量是6寸碳化硅晶圓的1.8 - 1.9 倍，襯底成本有望降低30%左右，因此碳化硅器件成本也有望進一步降低，從而加快在汽車、新能源和工業等領域的滲透率。
盡管未來幾年6吋SiC襯底依舊是主流，但不少外延和器件企業已經在布局8吋項目，比如：
● 東莞天域正在布局全球首條8吋碳化硅外延片生產線項目，計劃2022年動工，預計2025年投產（來源：東莞松山湖管委會文件）。
● 芯粵能二期項目計劃建設年產24萬片8吋碳化硅芯片生產線。
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南砂晶圓創始人徐現剛教授最近在論壇上表示，在“十三五”期間，國內就突破了8吋SiC襯底量產的關鍵難題，正快速導入量產進程；在8吋SiC襯底方面，目前國內與國際差距在2~3年之內，差距會越來越小。
據專家分析，生產8吋SiC襯底需要解決多個難題，主要包括：單晶生長爐控溫難，軸向、徑向梯度調節不靈活，單一晶型穩定性差等。
碳化硅長晶爐專業廠商恒普科技認為，要生長8英寸碳化硅襯底，這意味坩堝的直徑需要進一步增長，而傳統長晶爐的感應線圈只能加熱坩堝的表面，從而導致不同位置的徑向溫度梯度都會隨之增大。
而這種徑向溫度梯度是不適合的參數變化，會讓原料分解、晶體面型、熱應力帶來的復雜缺陷的調節等方面面臨挑戰。
展開 曾經的LED領頭羊Cree剝離照明業務，對我國發展化合物半導體有何啟示？
Cree于1991年發布了第一片商用的SiC襯底材料，于1998年推出了首個工業用的GaN-on-SiC射頻器件。Cree于2002年發布全球首個商用的SiC功率器件，于2011年發布全球首個SiC MOSFET功率器件。2000年，Cree收購GaN器件企業Nitres，2004年收購ATMI公司的GaN襯底和外延業務部門，2006年收購SiC襯底企業Intrinsic Semiconductor。
2015年9月，Cree公司將旗下功率和射頻部門（Power & RF）分拆為獨立的“Wolfspeed”公司。新成立后的Wolfspeed公司是全球最大的SiC襯底材料供應商，是美國軍用雷達可靠的GaN射頻器件供應商和全球前三大的SiC功率器件企業。預計2019年，Wolfspeed公司的銷售額將達到5.9億美元，是2015年分拆時的3.3倍。
圖2 2016-2019財年Wolfspeed公司營業收入（單位：百萬美元）
數據來源：公司財報，賽迪智庫整理和預測
二、Cree在化合物半導體領域的布局策略
（一）以SiC材料為核心延伸價值鏈
Cree是全球最大的SiC襯底材料供應商，2018年，Cree將SiC材料產能增加了一倍，市場份額近60%，并與Infineon和ST兩大汽車電子半導體供應商簽訂了多年供貨協議。在用于制造GaN-on-SiC射頻器件的高純半絕緣SiC襯底市場，Cree的市場份額可達90%。Cree依托SiC襯底材料領域的核心競爭力，向GaN-on-SiC射頻器件和SiC功率器件領域延伸。2016-2019財年，GaN射頻器件和SiC功率器件的年均增速分別達到29%和51%。
展開 8英寸碳化硅單晶研究取得進展
碳化硅(SiC)是一種寬帶隙化合物半導體，具有高擊穿場強(約為Si的10倍)、高飽和電子漂移速率(約為Si的2倍)、高熱導率(Si的3倍、GaAs的10倍)等優異性能。相比同類硅基器件，SiC器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉化效率高、體積小和重量輕等優點，在電動汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領域具有重要的應用潛力。高質量、低成本、大尺寸SiC單晶襯底是制備SiC器件的基礎，掌握具有自主知識產權的SiC晶體生長和加工技術一直是相關領域研究的重點。
自1999年，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心先進材料與結構分析重點實驗室陳小龍研究團隊立足自主創新，利用自主研發的生長設備，系統研究了SiC晶體生長的熱力學和生長動力學基本規律，認識了晶體生長過程中相變、缺陷等的形成機制，提出了缺陷、電阻率控制和擴徑方法，形成了系列從生長設備到高質量SiC晶體生長和加工等關鍵技術，將SiC晶體直徑從小于10毫米(2000年)不斷增大到2英寸(2005年)。2006年，該團隊在國內率先開展了SiC單晶的產業化，成功將研究成果在北京天科合達半導體股份有限公司轉化，通過產學研結合，先后成功研制出了4英寸(2010年)和6英寸(2014)SiC單晶。目前，北京天科合達實現了4-6英寸SiC襯底的大批量生產和銷售，成為國際SiC導電晶圓的主要供應商之一。
SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環節形成，襯底在SiC
器件成本中占比高達~45%。
為了降低單個器件的成本，進一步擴大SiC襯底尺寸，在單個襯底上增加器件的數量是降低成本的主要途徑。
8英寸SiC襯底將比6英寸在成本降低上具有明顯優勢。
展開 這家SiC公司又要擴產！1年3次
前段時間，II-VI公司說要投資1.3億元進行SiC半導體擴產。昨天，“靴子落地了”——II-VI將在福建建設“SiC襯底技改”項目。
福建基地再擴產
II-VI一年擴產三次
據《福州日報》報道，8月31日，福建省福州市召開“攻堅120天”專項行動動員部署會。據介紹，福州將推動“II-VI高意碳化硅襯底片”等128個億元以上重點技改項目啟動實施，項目總投資1534億元，其中55個項目未來4個月內竣工投產。
前段時間，II-VI公司CEO ChuckMattera稱，在2021年9月30日前，II-VI預計將投資2000萬美元
（1.29億人民幣）
進行化合物半導體擴張，其中大部分
用于 SiC擴產
。福州這個項目或是其中一個擴產動作，目前尚不清楚
是否還有其他項目。
“三代半風向”發現，今年
II-VI公司明顯加快了SiC擴產速度。
▲ 4月23日，II-VI在上海舉行了
技術研發中心
的落成典禮。該中心是II-VI最大的技術和研發中心，擁有近600名員工。
▲ 4月15日，II-VI福州總部正式建立了用于
SiC導電襯底的后段加工線
。
II-VI曾表示，未來5年內，將SiC襯底的生產能力提高
5至10倍
，其中包括量產
8英寸
的SiC襯底（
.點這里.
）。
2021財年II-VI的碳化硅營收約為10.05億人民幣，但他們預計碳化硅將是“未來十年內最大的業務之一”。
1-8月10大擴產案
全球SiC產能是否過剩？
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