晶盛機(jī)電公司成功生產(chǎn)出行業(yè)領(lǐng)先的8英寸碳化硅晶體

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）襯底產(chǎn)能在近年成為了碳化硅行業(yè)痛點(diǎn)，隨著電力電子行業(yè)，包括電動(dòng)汽車、光伏、儲(chǔ)能、風(fēng)電等新能源應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展，碳化硅功率器件因?yàn)楦咝省⒏吣蛪旱葍?yōu)勢(shì)受到了追捧，導(dǎo)致產(chǎn)能嚴(yán)重供不應(yīng)求。增加產(chǎn)能的有效方法就是提高襯底尺寸，目前碳化硅襯底尺寸正在從6英寸往8英寸發(fā)展。

全球最大的碳化硅襯底供應(yīng)商Wolfspeed，今年4月剛剛開(kāi)始在全球首個(gè)8英寸碳化硅晶圓廠試產(chǎn)，預(yù)計(jì)今年年底可以向客戶供貨。8英寸襯底雖然生產(chǎn)成本比6英寸高，但以32平方毫米的裸晶為例，每片8英寸晶圓上的裸晶數(shù)量增加近90%，且邊緣裸片的數(shù)量占比從14%減少至7%，綜合良率可達(dá)80%以上。因此綜合下來(lái)，8英寸襯底除了產(chǎn)能可以大幅增加之外，在單裸晶的成本上會(huì)占有一定優(yōu)勢(shì)。

最近晶盛機(jī)電宣布，公司成功生產(chǎn)出行業(yè)領(lǐng)先的8英寸碳化硅晶體。翻看公司公告，在8月12日晶盛機(jī)電首顆8英寸N型碳化硅晶體就已經(jīng)成功出爐，表示成功解決了8英寸碳化硅晶體生長(zhǎng)過(guò)程中溫場(chǎng)不均、晶體開(kāi)裂、氣相原料分布等難點(diǎn)問(wèn)題。

碳化硅產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵是襯底，晶體制備又是碳化硅襯底的核心，碳化硅晶體通過(guò)切割、研磨、拋光、清洗等工序后就可以作為襯底。

可能很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)第三代半導(dǎo)體是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”的機(jī)會(huì)，但從碳化硅產(chǎn)業(yè)來(lái)看，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)總體而言其實(shí)還是落后于歐美頭部廠商。

在襯底方面，國(guó)內(nèi)目前商業(yè)碳化硅襯底產(chǎn)品以4英寸小尺寸為主，近幾年逐步往6英寸推進(jìn)。在半絕緣型SiC襯底中，國(guó)內(nèi)天岳先進(jìn)在全球市場(chǎng)中占比達(dá)到30%，僅次于Wolfspeed和II-VI排名第三。

而國(guó)際廠商目前主流碳化硅襯底產(chǎn)品為6英寸，龍頭企業(yè)大多已經(jīng)完成8英寸襯底的研制，Wolfspeed預(yù)計(jì)今年年底可以向客戶供貨。

那么按照襯底尺寸的進(jìn)度，國(guó)際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時(shí)間相比國(guó)內(nèi)要早10年以上，6英寸也要相比國(guó)內(nèi)量產(chǎn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)早7年左右，總體而言差距較大。不過(guò)從4英寸到6英寸，我們也能看到代差其實(shí)在縮短。

到了8英寸的階段，先來(lái)看看國(guó)際企業(yè)的情況。今年4月，業(yè)界龍頭Wolfspeed的全球最大碳化硅晶圓廠、全球首座8英寸碳化硅工廠正式開(kāi)業(yè)，預(yù)計(jì)今年年底可以向客戶供應(yīng)8英寸碳化硅襯底，并在2024年達(dá)產(chǎn)，最終產(chǎn)能將會(huì)達(dá)到2017年的30倍。

今年5月，法國(guó)Soitec公司發(fā)布了其首款8英寸碳化硅襯底，目前正在開(kāi)展第一輪關(guān)鍵客戶產(chǎn)品驗(yàn)證，有望2023年在柏林新工廠中實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

II-VI早在2015年就展示了8英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底，2019年又研發(fā)出半絕緣8英寸碳化硅襯底。不過(guò)量產(chǎn)進(jìn)度相比于Wolfspeed還稍微落后，2021年II-VI表示未來(lái)5年內(nèi)，將碳化硅襯底的生產(chǎn)能力提高5至10倍，其中包括量產(chǎn)8英寸的襯底。

去年7月意法半導(dǎo)體宣布在瑞典北雪平工廠制造出首批8英寸碳化硅襯底，不過(guò)大規(guī)模量產(chǎn)還要等2023年意大利的新工廠落成。羅姆也表示會(huì)在2023年開(kāi)始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底。

國(guó)際大廠8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)時(shí)間集中在2023年附近，那么國(guó)內(nèi)情況如何？進(jìn)展較快的是中電科第二研究所全資子公司爍科晶體，他們?cè)?020年宣布8英寸碳化硅襯底研發(fā)成功，隨后在去年8月宣布研制出8英寸碳化硅晶體后，今年1月又完成了8英寸N型（導(dǎo)電型）碳化硅拋光片小批量生產(chǎn)。

中科院物理研究所今年5月成功研制出8英寸碳化硅導(dǎo)電單晶，可以用于制造碳化硅單晶襯底。該研究所目前與天科合達(dá)合作，通過(guò)企業(yè)將研究成果產(chǎn)業(yè)化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)4-6英寸碳化硅襯底的大批量生產(chǎn)和銷售，但8英寸顯然還處于研發(fā)階段。

除此之外，天岳先進(jìn)、露笑科技等國(guó)內(nèi)企業(yè)都宣布了研發(fā)8英寸碳化硅襯底的計(jì)劃，但目前為止還沒(méi)有明確的量產(chǎn)時(shí)間表。

如果將Wolfspeed在2019年11月完成首批8英寸碳化硅晶圓樣品制備作為國(guó)際上8英寸小批量生產(chǎn)的參考節(jié)點(diǎn)，那么理想狀態(tài)下，國(guó)內(nèi)進(jìn)展最快的爍科晶體在8英寸產(chǎn)品上與國(guó)際差距不到三年，相比于6英寸量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)差距再大幅縮小。

但盲目追趕尺寸也并非理性，其實(shí)國(guó)內(nèi)碳化硅襯底普遍在良率、缺陷率上與國(guó)際上的領(lǐng)先產(chǎn)品還有差距，比如國(guó)內(nèi)6英寸碳化硅襯底良率普遍在30%-40%左右，Wolfspeed目前已經(jīng)可以做到60%左右了。所以對(duì)于國(guó)內(nèi)碳化硅襯底企業(yè)而言，目前最重要的是與下游客戶合作，共同改善產(chǎn)品缺陷或良率。