近年來，隨著國際國內(nèi)大量產(chǎn)能的釋放，加上下游用戶的積極導(dǎo)入，碳化硅器件終端應(yīng)用滲透率明顯提高。碳化硅行業(yè)面對的唯一挑戰(zhàn)在于，要將碳化硅做好、做小、做便宜，才能滿足性能、成本、產(chǎn)能等方面的需求。
最近，一位國際碳化硅器件大廠中國負(fù)責(zé)采購的高管表示，從下游器件訂單情況看，馬斯克所謂的碳化硅減量，并沒有對未來碳化硅行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。他續(xù)稱，該公司接單接到手軟，三到五年在手訂單量為幾百億。
另外，拜登在4月份參觀了國際碳化硅巨頭Wolfspeed的工廠，同樣，國內(nèi)也沒有會忽視碳化硅產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用。在這個大趨勢下，國際大廠紛紛發(fā)力布局產(chǎn)能，碳化硅賽道也是越走越快，越走越廣。
碳化硅設(shè)備是量產(chǎn)關(guān)鍵
不管是材料還是器件，都要靠設(shè)備來做，自主可控已成為國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的主旋律，從襯底、外延、器件和模塊封裝環(huán)節(jié)來看，國產(chǎn)化設(shè)備還是有很大的機會。
一直在從事碳化硅設(shè)備研發(fā)的專家表示，在碳化硅外延方面，近年來一些國內(nèi)企業(yè)在MOCVD方面有了一定的突破，給愛思強等國際廠商帶來了很大壓力。但還需要進(jìn)一步研發(fā)，因為國內(nèi)廠商都是少片機，如果用戶一年36萬片產(chǎn)能都是用少片機來做很難以想象，所以兩三年后一定是多片機的天下，如果在這方面沒有突破，就對用戶會造成很大的困擾。
隨著國產(chǎn)設(shè)備的興起，國外廠商的多片機陣地能夠守多久也是一個問題？專家指出，多片機廠商的技術(shù)積累畢竟很深厚，但是也不能輕視國產(chǎn)MOCVD崛起的態(tài)勢，一不小心就會被追上。
某國際大廠中國區(qū)高管認(rèn)為，中國市場的競爭有助于企業(yè)的進(jìn)步，無論是進(jìn)口設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備，都需要在良率和成本方面給最終用戶帶來優(yōu)勢和價值，能夠讓用戶放心使用，它在下一次擴(kuò)產(chǎn)時才會再次考慮。要做好中國市場，必須在這兩方面跟中國的競爭者達(dá)到同樣的水平或者更高，才會有機會。
襯底制造領(lǐng)域的專家介紹說，現(xiàn)在碳化硅襯底加外延的成本大約為器件成本的70%，其中襯底占47%，外延占23%。因此，降本的主力是襯底，包括長晶和后道加工工序。通過COO（擁有成本）路線圖，有望幫助碳化硅器件降低成本。
目前，碳化硅襯底的國際價格大約為700美元一片，專家表示，其下降空間大概還有20%。專家同時指出，由于良率不夠，現(xiàn)在國內(nèi)的6英寸襯底廠家都不掙錢，只是從今年開始起量后情況有所好轉(zhuǎn)。他指出，6英寸只是進(jìn)入這個市場的敲門磚，隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，價格會很快下降，但在6英寸產(chǎn)品上做出多少利潤是不現(xiàn)實的。
另有專家告誡說，功率器件特別是碳化硅是檢測出來的，而不是做出來的，不管是長晶、切磨拋、MO工藝檢測環(huán)節(jié)都很重要，所以希望更多國產(chǎn)設(shè)備在這方面多花一點心思，而不是把精力都放在主力制程設(shè)備方面。
最近，一家從外延到封裝都做的廠商在武漢建了一個技術(shù)創(chuàng)新中心，其中一個重要任務(wù)就是為所有設(shè)備商提供一個公平的平臺，通過比拼設(shè)備的COO等指標(biāo)，給行業(yè)一個公正客觀的報告。該公司高管表示，三代半路線圖需要整個行業(yè)一起來做，一起討論什么時候推出8英寸設(shè)備，包括IGBT、超級結(jié)、MOSFET如何演進(jìn)。
至于未來碳化硅器件的發(fā)展路線圖，專家的開發(fā)比較一致，從國內(nèi)來講，晶圓尺寸將在2025到2026年間將從6英寸轉(zhuǎn)到8英寸。從器件角度來講，2030-2035年MOSFET線寬有望做到60納米，使功能密度、電流密度不斷提升。
現(xiàn)在，也有一些廠商希望將硅基產(chǎn)線轉(zhuǎn)向碳化硅，比如利用MOSFET功率器件的6英寸線。設(shè)備方面的專家認(rèn)為，其中大部分設(shè)備可以使用，但后道離子注入等工藝要求的能量不一樣，設(shè)備能否使用取決于成本和良率。
另外，碳化硅材料具有特殊性，設(shè)備從硅基轉(zhuǎn)向碳化硅有幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，比如碳的處理非常麻煩，所以不管是溫度還是氣場等都不一樣；碳化硅是透明材料，光刻時會遇到很多麻煩，在歐姆接觸方面有一定挑戰(zhàn)。另外，碳化硅材料又硬又脆，處理起來難度很大。例如碳化硅晶錠很不好切割，要將易碎材料磨到150微米甚至更薄是一個挑戰(zhàn)。
專家告誡說，在設(shè)備國產(chǎn)化方面，最忌諱的是閉門造車，關(guān)起門來盲人摸象，做出來的設(shè)備不能滿足用戶需要。能夠有一個開放平臺讓大家共享，扶持國產(chǎn)化設(shè)備非常重要。
碳化硅并非無敵手
碳化硅被稱為第三代半導(dǎo)體材料，也是寬禁帶半導(dǎo)體，同為寬禁帶材料的還有同門兄弟氮化鎵（GaN），另外天外有天，還有第四代半導(dǎo)體材料氧化鎵（Ga2O3）也在虎視眈眈。這些材料與碳化硅都有競爭關(guān)系。
從碳化硅目前使用量最大的電動汽車來看，還是以450、650V器件為主。業(yè)界也在探討將電壓增加到800V，未來可能碳化硅和氮化鎵逆變器都會使用，比如中級車以上用800V，低級車用400V。特別是特斯拉有可能推出10萬元的車，400V器件是必然的選擇，雖然不排除使用氮化鎵或其他材料的可能性，但碳化硅仍將供不應(yīng)求。
專家分析表明，寬禁帶半導(dǎo)體的內(nèi)斗實屬正常，也是激發(fā)技術(shù)不斷成熟，讓成本慢慢下降，當(dāng)然外來侵略也不可避免。每一種材料都有自己的技術(shù)問題，早晚都會解決，一旦解決了，就會對其他材料產(chǎn)生威脅，如果基本解決了，在性能上只能說彼此彼此。所以，不管是第幾代材料，肯定會在新材料出來時將市場蛋糕做得越來越大，會產(chǎn)生很大增量市場，存量市場也會重新布局，每一種材料都會找到一個更適合的應(yīng)用場景。
就像氮化鎵，其特長是在高頻、低功率領(lǐng)域；氧化鎵的散熱比較差，恰恰可以用在超高壓、高頻、低功率的應(yīng)用場景；碳化硅在高功率、高壓領(lǐng)域的地位很難撼動。它們之間會有一些交叉的地方，在細(xì)分應(yīng)用場景中可能會共存。
行業(yè)的共識是，氧化鎵是一個非常有潛力的材料，不過一些研究發(fā)現(xiàn)，其材料性能固然很好，但是其襯底往往是制約芯片性能的重要因素。現(xiàn)在的氧化鎵襯底基本上是同質(zhì)外延，尺寸非常小，價格比碳化硅高10到20倍。氧化鎵襯底只有2平方厘米大小，在大規(guī)模量產(chǎn)方面，不像碳化硅可以導(dǎo)入大尺寸，所以襯底是一個瓶頸。由于氧化鎵導(dǎo)熱性非常差，用于高溫應(yīng)用還需要解決散熱問題，需要到一種合適的散熱載體，還要考慮適合氧化鎵的摻雜方法；解決成本、可量產(chǎn)的難題也需要有非常豐富的行業(yè)資源。
要不要往IDM模式走？
現(xiàn)在，一些做IGBT的企業(yè)非常關(guān)注碳化硅賽道的發(fā)展，有的企業(yè)也開了碳化硅器件中試線。從國際上看，一些大公司外延及后道工藝都是自己做，而且在逐步往上游走，也就是IDM模式。
國內(nèi)碳化硅器件制造大廠的高管表示，碳化硅材料雖然好，但從器件角度考慮，它還是一個早產(chǎn)兒，比如缺陷機理與器件可靠性的關(guān)系到目前都沒有了解清楚。國際大公司做垂直整合時肯定考慮到這一點，另外就是成本競爭，因為如果每個環(huán)節(jié)都賺20%利潤，后面的成本就更高了。
但是，IDM是否最有利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)在還不確定，現(xiàn)階段國內(nèi)廠商更多的是和國內(nèi)企業(yè)開誠布公地合作，因為材料和器件之間的關(guān)系非常密切，碳化硅不像硅基器件的缺陷機理和指標(biāo)都非常明了，長外延時會出現(xiàn)很多問題，導(dǎo)致長出的晶體差別很大。這些問題都需要大家共同探討。
當(dāng)然，也有國內(nèi)企業(yè)的高管認(rèn)為，垂直整合是一個趨勢，國外已經(jīng)開始，主要是從器件往上游走。接下來幾年，國內(nèi)也會跟上這個趨勢，尤其是隨著資本市場的介入，材料往下游整合，或是器件往上游整合的事情都可能發(fā)生。當(dāng)然，現(xiàn)在畢竟國內(nèi)的很多器件廠商沒有那么強，材料端還比較強勢，特別是一些IPO公司有實力往下游整合，還有一些器件廠商本身就是上市公司，也有可能向上游進(jìn)行并購。因為要參與國際競爭，垂直整合才有實力去競爭。
