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2023碳化硅关键装备、工艺及其他新型半导体技术论坛总结

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2023碳化硅关键装备、工艺及其他新型半导体技术论坛

此次碳化硅论坛,内容涉及国内外SIC半导体现状、SIC MOSFET发展以及应用和SIC器件以及SIC材料应用领域。

SIC作为功率半导体的应用前景,以及新能源汽车光伏领域SIC器件的发展。 SIC碳化硅产业链主要包括:SIC衬底、外延生长、器件制造以及下游应用等环节。其中外延多涉及SIC外延和GaN外延。器件制造方面,老师们都提到电力电子器件,且SIC电力电子器件应用领域代表市场是新能源汽车,典型的比亚迪汉EV,小鹏汽车G9,蔚来汽车ET7和ET5。对SIC晶体生长和加工以及外延还有碳化硅材料产业现状及技术趋势有所了解,进而对SIC晶圆制造和国内目前晶圆尺寸现状了解。

半导体减薄砂轮

SIC衬底:目前碳化硅衬底市场由美日欧主导,美国全球独大。头部厂商包括美国的Wolfspeed、II-VI、安森美,欧洲市场ST意法和英飞凌,日本的罗姆、三菱、富士电机等。
Wolfspeed的8英寸SiC衬底已于2019年研发成功,2021年左右投产,有报道称计划于2024年将产能达到惊人的年产600万片。2022年8月,全球碳化硅衬底市场占率第二的高意集团(II-VI)宣布,已与英飞凌签订碳化硅衬底多年供应协议,将为后者供货6英寸SiC衬底,并共同开发过渡至8英寸SiC衬底。导电型碳化硅衬底龙头天科合达市场份额不足2%。在半绝缘型衬底方面,天岳先进进入全球头部厂商地位,市场份额为30%,市场占有率排名全球第三、国内第一。碳化硅生长技术难度高导致了目前碳化硅衬底厂商生产良率较低。天岳先进作为国内半绝缘型碳化硅衬底龙头企业,晶棒环节良率近两年平均水平约为50%,衬底环节良率近两年在70%-75%区间。当前国内碳化硅衬底产能仍有较大部分为2-4英寸,部分头部厂商完成了6英寸碳化硅衬底的技术储备并实现了量产,但规模较小,8英寸衬底生产技术仍处于技术储备之中。

半导体减薄砂轮

截至2022年11月,晶盛机电、天岳先进、天科合达分别宣布掌握8英寸碳化硅衬底制备技术。衬底主要布局厂商还包括露笑科技、烁科晶体、同光晶体、南砂晶圆等。
另外,目前在OBC和终端应用领域,国内车厂已经采用国内厂商主流SiC方案,未来国产厂商有望在主驱逆变器上获得更好的发展

外延:SIC外延片是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。国际上碳化硅外延企业主要有昭和电工、II-VI、Norstel、Wolfspeed、Rohm、三菱电机、英飞凌等。外延设备也被海外企业基本垄断,各厂商设备存在差异。主要厂商包括意大利LPE公司、德国Aixtron公司、日本TEL和Nuflare公司。四家公司的设备工作原理不同,在性能上各有优势。4英寸-6英寸外延仍是国内主流,其中6英寸为主,8英寸高产能仍是挑战和市场所需,GaN外延目前充电桩,快充应用居多。

SIC器件是一个不容忽视的应用市场。从碳化硅行业整体竞争格局来看,IDM模式是行业主流,下游碳化硅器件市场,意法半导体占据最大市场份额,达40%,其次为Wolfspeed和Rohm,分别占据15%和14%的市场份额。国内器件领域的头部厂商包括斯达半导和泰科天润等基于碳化硅材料的半导体器件可应用于汽车、充电设备、便携式电源、通信设备、机械臂、飞行器等多个工业领域。根据Yole数据,受新能源汽车行业庞大的需求驱动,以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升的影响,预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将达到62.97亿美元,2021-2027年的复合增速约为34%。SiCMOS仍与海外厂商存在差距。但碳中和趋势下,碳化硅有望在新能源汽车、光伏、风电、工控等领域的持续渗透。Wolfspeed预计2023年碳化硅材料市场达2000万美元,2025年进一步增长至2700万美元。工艺节点的转变将带来成本优化,进一步促进市场需求扩增。全球碳化硅市场处于高速成长阶段,得益于新能源车、光伏逆变器本土品牌商市场份额提升,国内企业已获入场机会,且有望通过技术快速迭代,国产替代空间广阔。

 SIC电力电子器件市场:主要是汽车电子,还有工业电子,能源,轨道交通,消费电子,通信及基础设施等。SIC电力电子器件市场是提到最多的尤其是SIC MOSFET。
晶圆减薄以及SIC材料及器件减薄工艺的解决方案仍是重中之重,随着8英寸晶圆片的生产和逐渐普及,减薄砂轮会是后续需求比较大的一个市场,6英寸晶圆粗磨会像刀磨市场一样逐渐被激光剥离取代,但是作为最主流磨削的硅片旋转磨削In-feed grinding自然决定了减薄砂轮的市场,有的会在平面磨床上尝试使用减薄砂轮,以目前市场和根据赵总那里解释减薄粗磨800#,精磨2000#,是目前用的最多的,但这次论坛他们提到的减薄是粗磨2000#,精磨8000#,30000#砂轮.
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