碳化硅8英寸晶圆加速量产

最近几年来，国际主要碳化硅制造商加快了8英寸晶片的开发和量产碳化硅龙头WolfSpeed已经开始试生产新的8英寸工厂，预计明年上半年会有可观的营收法国Soitec半导体公司发布首款8英寸SmartSiC晶圆代工厂商UMC也将加大设备投资，布局8英寸宽带隙半导体晶圆目前全球碳化硅领域仍以6英寸为主但从硅基半导体的发展经验来看，从6英寸到8英寸再到12英寸的晶圆，每一次升级都会对行业产生重大影响伴随着各大厂商加快8英寸量产的步伐，碳化硅晶圆的8英寸时代逐渐临近

大厂加速8寸晶圆量产。

日前，全球最大的碳化硅供应商Wolfspeed宣布其位于美国纽约莫霍克谷的新碳化硅制造工厂开工第一批碳化硅晶片早些时候已经制造出来了这家工厂采用8英寸碳化硅晶圆加工技术，也是世界上第一条8英寸生产线该工厂的试生产将加快碳化硅行业从6英寸晶圆向8英寸晶圆的过渡Wolfspeed全球运营高级副总裁雷克斯·费尔顿表示，该公司还将在美国北卡罗来纳州达勒姆建造一座材料工厂，预计今年晚些时候完工届时将与晶圆制造厂形成更大的合力

法国半导体材料公司Soitec Semiconductor最近也发布了其首款8英寸碳化硅SmartSiC晶片根据消息显示，这款产品是在衬底创新中心的测试线上生产的，该中心是Soitec和CEA—Leti的合作项目Soitec还于今年3月开始建设新的晶圆厂，生产6英寸和8英寸的碳化硅晶片新晶圆厂预计将于2023年下半年投入运营

最近，代工半导体制造商UMC也在布局和生产宽带隙半导体，重点是更有前景的8英寸晶圆制造最近，UMC正在大规模采购新设备，预计下半年进厂陶氏投资咨询公司总经理卜日新表示:UMC扩建8英寸宽带隙半导体制造，意味着宽带隙半导体正在向大规模，低成本方向演进

根据目前全球市场情况，碳化硅领域的主要厂商有Wolfspeed，Soitec，意法半导体，英飞凌，罗马等这些公司在进入6英寸生产后，最近几年来开始积极推动碳化硅向8英寸发展资料显示，2015年，Wolfspeed展示了一款8英寸的碳化硅衬底2019年5月，Wolfspeed宣布投资10亿美元建设新的莫霍克山谷工厂Soitec在2021年宣布了一项五年投资计划，将在五年内投资11亿欧元，使年产能翻一番同时，新建的两个碳化硅晶圆厂中，一个是6英寸，一个是8英寸意法半导体于2019年收购了诺斯泰公司，并更名为意法半导体碳化硅公司意法半导体总裁兼首席执行官让—马克·切利早前在接受记者采访时表示，收购Norstel填补了意法半导体碳化硅晶圆制造技术的空白未来意法半导体将生产研发8英寸碳化硅晶圆，并计划率先在8英寸碳化硅晶圆上制造功率二极管，MOSFET等产品

8寸时代的到来还需要5到6年的时间。

SiC是一种良好的半导体材料，具有高击穿电场，高饱和电子速度，高热导率，高电子密度和高迁移率目前已广泛应用于汽车电子，工业半导体等领域进入8英寸后，每个晶圆理论上可用的管芯数量会大大增加根据Wolfspeed财务报表中的数据，单从晶圆加工成本来看，晶圆从6英寸升级到8英寸，晶圆成本会增加，但从8英寸晶圆获得的优秀裸片数量可以增加20%~30%，良率会更高，最终芯片成本会更低

意法半导体汽车与分立器件产品部门功率晶体管部门营销传播经理Gianfranco Di Marco表示，硅基半导体的发展历史已经证明，向更大尺寸的晶圆转变可以提高生产率这也是越来越多的厂商积极推广8寸晶圆的主要原因之一

可是，将碳化硅晶圆升级到8英寸并不容易即使少数公司能够成功量产8英寸晶圆，也不代表碳化硅的8英寸时代即将到来IGBT发明家B.Jayant Baliga曾指出，碳化硅功率器件可以用更短的沟道长度和更小的单元尺寸实现传统器件的功能可是，与硅基半导体材料相比，碳化硅的衬底生长极其困难和缓慢，8英寸和6英寸碳化硅晶片的工艺差异很大，也更加复杂

深圳基础半导体有限公司总经理和伟也表示，碳化硅从6英寸过渡到8英寸的技术挑战主要体现在几个方面:一是扩径增长的问题，从6英寸到8英寸如果仍然采用物理气相传输法制备碳化硅衬底，需要提高原料传输效率，解决籽晶边缘的多晶核和多晶型相变问题，提高晶体质量等因此，有必要进一步改进生长装置，优化生长过程二，温度场控制问题，从6寸结晶炉到8寸结晶炉，设备控温精度更高第三，晶体生长和切割应力的形成晶体尺寸越大，生长内应力越大，切割应力越大晶圆切割后的应力释放会导致翘曲，因此需要开发新的切割技术来应对

虽然Wolfspeed已经开始了8英寸碳化硅晶圆厂的试产，其他一些国际大公司也在向8英寸推进，但是整个碳化硅行业真正进入8英寸时代估计还需要5—6年的时间这个周期比较长，在此期间，6寸碳化硅仍然会保持较大的市场份额

行业应对8英寸时代的挑战。

虽然6英寸碳化硅晶圆仍是主流，8英寸碳化硅晶圆的发布短期内不会对行业造成冲击，但中国企业现在应该正视这一挑战，积极应对专家指出，8英寸晶圆存在材料生长困难，切割困难，切割损耗大等问题目前8寸晶圆的良率肯定低，最终成品器件价格也不会比6寸便宜多少所以短时间内投入8寸市场，对行业不会有太大影响但从长远来看，伴随着技术的进步，材料生长和切割技术的问题会被突破比如英飞凌收购了Siltectra公司，其冷切技术可以将原材料损耗降低到50%最终8英寸晶圆上的芯片价格会比6英寸晶圆上的低，产能会有明显提升伴随着成本降低，产量增加，规模扩大，进一步推动成本下降会形成正向循环一旦形成这样的循环，对原有产业结构的冲击将是巨大的

目前国内碳化硅衬底材料领域，量产线还是以6英寸为主，8英寸还是比较难资料显示，中国碳化硅生产企业中，拥有6英寸生产线的有CRRC，三安光电，华润微电子，吉它半导体，燕东微电子等还有一些企业在开发8英寸碳化硅衬底例如，田可·何达在2020年开始研发8英寸碳化硅合肥卢晓科技投资100亿元建设碳化硅设备制造，晶体生长生产，衬底加工，外延生产等预计其第二，三期将推动8英寸的量产东莞天宇也在准备8寸碳化硅晶片的外延生长但是，国内企业的整体进程仍然落后于国际先进企业

何伟指出，碳化硅器件在市场上仍然缺货国内外碳化硅企业应该有很多订单在中短期内，8英寸晶圆芯片的价格不会比6英寸晶圆便宜太多，因此不会带来太大的竞争压力但从中长期来看，当国际上8英寸碳化硅相关加工技术完全成熟，成本降低后，中国6英寸碳化硅产品将面临更大的竞争压力，体现在芯片成本，价格，供应能力等方面因此，为了应对这样的挑战，国内器件厂商应该积极与衬底，外延等原材料厂商合作，充分整合国内产业链企业，共同研发8英寸材料，工艺等技术，包括降低芯片导通电阻和芯片面积，提高单晶片产量同时，整合国内供应链，利用国内衬底外延材料的价格和产能优势，降低成本，增加产量，全面提升在R&D，工艺，技术，质量，产业化等维度的核心竞争力