碳化硅“狂飆”：追趕、內(nèi)卷、替代

2023-06-26 05:53:15 來源：半導體行業(yè)觀察

SiC襯底市場高度集中，全球襯底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。國外廠商在兩類襯底市場中均占有主要份額。從半絕緣型SiC襯底市場份額來看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，各占據(jù)約30%的市場份額。從導電型SiC襯底的市場份額來看，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，在SiC單晶市場價格和質(zhì)量標準上有極大話語權，天科合達和山東天岳占比僅為1.7%和0.5%。

外延環(huán)節(jié)主要是在碳化硅襯底上，經(jīng)過外延工藝生長出的特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。

在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵外延片，可制成微波射頻器件，應用于5G通信等領域；在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層制得碳化硅外延片，可制成功率器件，應用于電動汽車、新能源、儲能、軌道交通等領域。

SiC外延片屬于行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈現(xiàn)雙寡頭壟斷市場，合計約占SiC導電型外延片95%的市場份額。目前國內(nèi)相關外延廠商東莞天域和廈門瀚天天成等均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可供應4-6英寸外延片。中電科13所、55所、希科半導體等也能供應外延片，整體產(chǎn)能仍有較大提升空間。

SiC器件環(huán)節(jié)主要負責芯片的制造，整體涉及的流程較長，以集合芯片設計、芯片制造、芯片封測等多個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一體的IDM模式最為常見。

在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同，采用了高溫工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。

在SiC器件市場，歐美廠商占據(jù)主要份額，90%以上份額被國外公司占據(jù)。根據(jù)Yole 2022年數(shù)據(jù)，ST占據(jù)了全球37%的市場份額，成為市場的領導者；其次是英飛凌占據(jù)19%的份額，緊隨其后的是Wolfspeed，占據(jù)了16%的份額。后面依次是安森美、羅姆和三菱電機等，這些廠商共同占據(jù)了全球80%以上的SiC市場份額，與各大車企及Tier1廠商互動密切。

圖源：yole

國內(nèi)廠商在SiC功率器件領域入局相對較晚，相關企業(yè)華潤微、士蘭微、斯達半導、時代電氣、泰科天潤、安徽長飛先進、派恩杰、上海瞻芯、中電科55所及13所等正積極布局碳化硅器件。

當前國內(nèi)廠商仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距。目前SBD國內(nèi)已經(jīng)量產(chǎn)，但至少相差一代；OBC方面，國內(nèi)通過車企測試的只有一兩家；MOSFET方面，目前ST、英飛凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已實現(xiàn)量產(chǎn)并達成簽單出貨，而國內(nèi)目前SiC MOS設計已基本完成，多家設計廠商正與晶圓廠流片階段，后期客戶驗證仍需部分時間，在電流密度、減薄工藝、可靠性都亟需提升，因此距離大規(guī)模商業(yè)化仍需要時間。

高景氣行情下，國產(chǎn)碳化硅市場亟待突圍

整體來看，目前碳化硅材料和功率器件主要由海外企業(yè)主導，國內(nèi)企業(yè)仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距，正在加速追趕。

據(jù)方正證券測算，預計2026年全球SiC襯底有效產(chǎn)能為330萬片，距同年629萬片的襯底需求量仍有較大差距。在業(yè)內(nèi)形成穩(wěn)定且較高的良率規(guī)?；鲐浨埃麄€行業(yè)都將持續(xù)陷于供不應求。

SiC晶圓方面，盡管今年全球經(jīng)濟和其他半導體材料市場普遍出現(xiàn)放緩，但SiC晶圓將持續(xù)強勁增長。據(jù)TECHCET發(fā)布了最新的碳化硅晶圓材料報告預計，SiC晶圓市場將在2023年進一步增長，達到107.2萬片晶圓，同比增長約22%。2022-2027年的整體復合年增長率估計約為17%。

在當前全球碳化硅功率市場高景氣行情下，SiC處在爆發(fā)式增長的前期，擴產(chǎn)放量是行業(yè)關注重點。國際大廠產(chǎn)能加速擴張，都在積極布局SiC市場，爭先恐后加碼擴產(chǎn)。

英飛凌正著力提升碳化硅產(chǎn)能，以實現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場份額的目標；ST計劃在2022年前將SiC器件產(chǎn)能擴大2.5倍，2023年實現(xiàn)8英寸SiC晶圓商業(yè)化生產(chǎn)；安森美總投資約40億元，計劃將SiC晶圓產(chǎn)能擴大4倍；羅姆投資計劃2025年前碳化硅功率半導體營收超1000億日元/年，產(chǎn)能增加至2021年時的6倍；按照Wolfspeed規(guī)劃，2026年其導電型襯底的產(chǎn)能可能達到百萬片以上...

不僅國際巨頭“跑馬圈地”，國內(nèi)企業(yè)也不甘落后，紛紛布局碳化硅，擴張產(chǎn)能，試圖以國產(chǎn)替代爭奪市場份額，提升產(chǎn)品的價值量或出貨量。據(jù)《2022碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》統(tǒng)計，國內(nèi)在建、已投產(chǎn)或簽約的SiC晶圓線項目超過28個。

雖然市場產(chǎn)銷兩旺，但我國碳化硅功率器件仍處于早期階段，如何降低成本、穩(wěn)定質(zhì)量、提升良率，是國產(chǎn)碳化硅功率半導體大規(guī)模應用的關鍵。

與此同時，國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)模式的差異，技術差距、設備挑戰(zhàn)以及國內(nèi)碳化硅器件中低端“互卷”等問題，都一一成為擺在我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面前的難題。

二、碳化硅“狂飆”：追趕、內(nèi)卷、替代

Fabless還是IDM？

上文提到，從產(chǎn)業(yè)鏈層面初步劃分，整個SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底、外延、設計、器件和封裝模塊等。

從產(chǎn)業(yè)模式看，與國外產(chǎn)業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節(jié)整合為主不同，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產(chǎn)業(yè)鏈全覆蓋模式之外，更多廠商選擇專注于產(chǎn)業(yè)鏈中某個特定環(huán)節(jié)，IDM企業(yè)數(shù)量相對較少。

碳化硅本土產(chǎn)業(yè)鏈概覽（圖源：廣發(fā)證券）

眾所周知，IDM、Fabless和Foundry分別代表著半導體芯片行業(yè)的三種運營模式，是依據(jù)其生產(chǎn)設計及制造能力不同而劃分的。通常涉及芯片設計、制造、封測等若干環(huán)節(jié)，半導體芯片企業(yè)負責的環(huán)節(jié)不同，也就產(chǎn)生了不同的運營模式。

在碳化硅芯片領域，目前全球的頭部企業(yè)都是以IDM為主，而國內(nèi)IDM廠商相對較少。

對此，士蘭微器件成品產(chǎn)品線市場總監(jiān)伏友文表示，SiC產(chǎn)業(yè)選擇IDM模式能更好地保障業(yè)務長期穩(wěn)定的發(fā)展，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。IDM模式可有效進行產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部整合，設計研發(fā)和工藝制造平臺開發(fā)同時開展，兩者協(xié)同優(yōu)化可快速識別和解決產(chǎn)品研發(fā)中遇到的問題，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，對研發(fā)效率、成本管控、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能供應的穩(wěn)定性等方面十分有利，幫助企業(yè)構筑核心競爭力。

基于IDM模式的優(yōu)勢，IDM企業(yè)華潤微的碳化硅產(chǎn)品進展順利，去年碳化硅器件整體銷售規(guī)模同比增長約2.3倍，待交訂單超過1000萬元，投片量逐月穩(wěn)步增加。

士蘭微也是采用IDM模式，旗下士蘭明鎵在去年已實施“碳化硅功率器件芯片生產(chǎn)線”項目的建設，去年10月，士蘭微籌劃非公開發(fā)行募資65億元，募投項目之一便是用于“年產(chǎn)14.4萬片碳化硅功率器件生產(chǎn)線建設項目”，并在今年4月26日定增獲上交所審核通過。

更多的廠商嗅到了SiC代工的商機。2023年5月22日，安徽長飛先進宣布其位于武漢的SiC晶圓廠正式啟動，據(jù)悉該項目規(guī)模達年產(chǎn)36萬片SiC MOSFET晶圓，包括外延、器件設計、晶圓制造、封裝等，預計2025年建設完成。

瞻芯電子也于2020年初啟動了碳化硅芯片晶圓廠項目籌備，該工廠于2022年7月正式投片生產(chǎn)，標志著瞻芯電子由Fabless邁向IDM的戰(zhàn)略轉型。

國內(nèi)SiC功率器件的廠商大多有向IDM模式演進的趨勢。

但IDM模式也并非適用于任何企業(yè)。有業(yè)內(nèi)人士指出，目前國內(nèi)很多碳化硅廠商體量并不大，尚未實現(xiàn)盈利，若是大規(guī)模建廠的話，運營成本太高，對現(xiàn)金流的考驗非常大，工藝開發(fā)的難度和客戶認可度也是問題。

因此，仍有一部分碳化硅廠商堅持采用Fabless的經(jīng)營模式發(fā)展。實際上，如果能得到代工廠的支持，F(xiàn)abless廠商在設計方面確實更具靈活性，在碳化硅MOS方面的研發(fā)進程也較快。同時，代工廠的資質(zhì)也可以為其供應鏈可靠性背書。

以芯粵能為例，其商業(yè)模式就是打造開放式Foundry平臺，面向整個的市場提供代工服務，與整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。芯粵能的碳化硅芯片制造項目總投資額為75億元，建成年產(chǎn)24萬片6英寸和24萬片8英寸碳化硅晶圓芯片的生產(chǎn)能力，計劃在2023年5月份交出首批車規(guī)級樣品。

芯粵能總裁徐偉表示，“在過往的兩年里，硅基平臺產(chǎn)能不足凸顯，尤其是市場需求巨大的功率器件，因此需要碳化硅快速布局并加快擴產(chǎn)。這就需要對國內(nèi)碳化硅芯片加工平臺這樣一個相對短板來進行補足，芯粵能目前正好踩在市場發(fā)展的節(jié)奏上。

代工廠的出現(xiàn)讓國內(nèi)一眾SiC參與者有了堅固的后盾和彎道超車的可能性。

另一方面，考慮到新能源汽車市場的發(fā)展周期，碳化硅的需求爆發(fā)期可能就在近三年內(nèi)，若是建廠首先得考慮建廠周期和設備交期，其次是從產(chǎn)線建好投產(chǎn)到穩(wěn)定運行也需要花費至少3年時間，還要通過車規(guī)級認證等，耗時太久，公司就有可能錯過新能源汽車市場的關鍵窗口期。這也是很多公司短期內(nèi)堅持以fabless模式運營的原因所在。

綜合來看，IDM和fabless各有優(yōu)勢。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看，業(yè)內(nèi)也一直存在著IDM和Foundry模式的討論。回顧過去的發(fā)展軌跡，可以看到國內(nèi)的Foundry+Fabless模式在很多領域也能做得非常好。碳化硅也是這樣，從襯底外延材料制備，到芯片代工，再到模組生產(chǎn)等各個領域都不斷有企業(yè)嶄露頭角。

因此，結合當前碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段和時間窗口等因素來看，國內(nèi)IDM和Foundry+Fabless兩種商業(yè)模式將會長期并存，而且各自滿足終端市場不同的應用場景。

8英寸SiC，開始沖刺

成本高，一直是碳化硅器件被吐槽的弊病。

因為碳化硅在生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在單晶生產(chǎn)周期長、環(huán)境要求高、良率低等問題，碳化硅襯底的生產(chǎn)中的長晶環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進行，對溫場穩(wěn)定性要求高，并且其生長速度比硅材料有數(shù)量級的差異。因此，碳化硅襯底生產(chǎn)工藝難度大，良率不高。

這直接導致了碳化硅襯底價格高、產(chǎn)能低的問題。

SiC MOSFET和IGBT價格對比（圖源：中國科學院電工研究所）

其中，襯底是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心，也是未來碳化硅產(chǎn)業(yè)降本、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要驅(qū)動力。因此，提高襯底良率和產(chǎn)能是SiC降本的核心。

伏友文指出，為進一步提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發(fā)展方向。

近年來，碳化硅襯底正不斷向大尺寸方向演進，襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本就越低。

目前，主流碳化硅襯底尺寸為6英寸，8英寸襯底正在成為行業(yè)重要的技術演化方向，在降低器件單位成本、增加產(chǎn)能供應方面擁有巨大的潛力。

據(jù)Wolfspeed統(tǒng)計，6英寸SiC晶圓中邊緣芯片占比有14%，而到8英寸中占比降低到7%。伴隨著尺寸擴張帶來的規(guī)模效應以及自動化產(chǎn)線帶來的相關成本的降低，Wolfspeed預計至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進碳化硅產(chǎn)品的降價，從而打開應用市場。

從技術進展來看，國產(chǎn)碳化硅廠商基本以6英寸碳化硅晶圓為主，而Wolfspeed、ROHM、英飛凌、ST等國際碳化硅大廠已經(jīng)紛紛邁入8英寸，并將量產(chǎn)節(jié)點提前到今年。前不久，英飛凌與國內(nèi)廠商天岳先進和天科合達簽約，也將助力英飛凌向8英寸碳化硅晶圓過渡。

國內(nèi)公司總體處于向6英寸加速實現(xiàn)量產(chǎn)、8英寸布局研發(fā)的階段，并逐漸退出4英寸市場。根據(jù)中國寬禁帶功率半導體及應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預測，預計2020-2025年國內(nèi)4英寸SiC 晶圓市場逐步從10萬片減少至5萬片，6英寸晶圓將從8萬片增長至20萬片；2025-2030年，4英寸晶圓將逐步退出市場，6 英寸增加至40萬片。

海通證券分析師余偉民指出，目前碳化硅襯底市場以海外廠商為主導，國內(nèi)企業(yè)市場份額較小。國內(nèi)尺寸迭代較海外廠商略慢一籌，但近年來發(fā)展提速明顯。截至2022年11月，晶盛機電、天岳先進、天科合達、山西爍科分別宣布掌握了8英寸碳化硅襯底制備技術，但基本都還處于驗證階段，尚未實現(xiàn)量產(chǎn)或僅小規(guī)模量產(chǎn)。

為什么國產(chǎn)廠商在此發(fā)展速度較慢？“8英寸碳化硅晶圓”的實現(xiàn)還面臨哪些挑戰(zhàn)？

伏友文對此表示，盡管當前8英寸在快速發(fā)展，但實現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)還只有Wolfspeed。當前國內(nèi)主要集中在4英寸至6英寸生產(chǎn)階段，8英寸SiC晶圓量產(chǎn)面臨較多的難點，比如襯底制備中8英寸籽晶的研制、大尺寸帶來的溫場不均勻、氣相原料分布和輸運效率問題、高溫生長晶體內(nèi)部應力加大導致開裂等，以及后續(xù)外延工藝、相關的設備發(fā)展等，均需要產(chǎn)業(yè)上下游緊密協(xié)同來攻克挑戰(zhàn)。

伴隨著SiC襯底的成熟，預計成本將進一步下降，這對于整個SiC產(chǎn)業(yè)而言，也是發(fā)展的必然趨勢。

國產(chǎn)碳化硅，上車難？

降低成本也是碳化硅器件上車的關鍵。

早在2018年，特斯拉率先在Model3的主驅(qū)逆變器里，使用基于碳化硅材料的碳化硅MOSFET，以替代傳統(tǒng)的硅基IGBT，此舉引發(fā)了行業(yè)震動。

碳化硅器件憑借體積小、性能優(yōu)越、節(jié)能性強，還順帶緩解了續(xù)航問題，一舉成為新能源車的當紅炸子雞，一眾車企后續(xù)紛紛效仿。

在應用場景方面，電動汽車是碳化硅最大的下游應用市場，涉及到功率器件的應用包括電驅(qū)、OBC、DC/DC和非車載充電樁等。其中，碳化硅器件主要應用于電驅(qū)中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。微型輕量化的SiC器件還可以減少因車輛本身重量而導致的能耗。

中國一汽研發(fā)總院院長趙永強表示，需求驅(qū)動牽引SiC功率模塊在車用領域快速推廣應用與進一步升級，要求電驅(qū)系統(tǒng)進行SiC匹配開發(fā)?；谛履茉凑囆枨?，車規(guī)SiC功率模塊封裝技術向著低雜感、高散熱、集成化、高可靠方向發(fā)展，主流SiC功率芯片以Wolfspeed、ST、Rohm、Infineon的溝槽柵結構為代表，批量應用前景廣闊。

近年來，隨著新能源汽車滲透率穩(wěn)步抬升的同時，頭部車企對于碳化硅功率半導體試水的速度、廣度和深度不斷推進，碳化硅上車的呼聲越來越高。據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2023年整體SiC功率元件市場規(guī)模達22.8億美元，年成長41.4%，預計2026年SiC功率元件市場規(guī)?？赏_53.3億美元，其中車用SiC功率元件市場規(guī)模將攀升至39.4億美元。

目前大部分的市場份額以國際品牌為主，包括Wolfspeed、ST、ON、Infineon等。同時，國外車企已與全球領先的SiC芯片企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)能綁定。隨著新能源汽車需求的爆發(fā)，國內(nèi)車企或需提前考慮SiC的供給缺口的問題。

相較于美日歐企業(yè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，國內(nèi)碳化硅企業(yè)在技術和產(chǎn)能上還存在差距。那么，目前國產(chǎn)碳化硅器件上車進展如何？

有不少下游廠商反饋，車企正在加速導入國產(chǎn)碳化硅襯底、外延片，上下游廠商持續(xù)合作以共同改善良率，希望構建本土供應鏈。

士蘭微碳化硅功率器件芯片量產(chǎn)線進展順利，已具備月產(chǎn)2000片6英寸SiC芯片的生產(chǎn)能力，預計到今年年底SiC芯片生產(chǎn)能力將提升至6000片/月；

三安光電目前有7款產(chǎn)品通過車規(guī)級認證并開始逐步出貨；

泰科天潤的SiC二極管已有多年OBC應用積累，累計出貨7k；

中電科55所SiC MOSFET已搭載到一汽紅旗等多家國內(nèi)車企，裝車量達百萬輛。今年4月，中電科55所與一汽聯(lián)合研發(fā)的首款750V SiC功率芯片完成流片；

瞻芯電子規(guī)劃了SiC MOSFET、SBD、驅(qū)動IC三大產(chǎn)品線，并先后研發(fā)量產(chǎn)了一系列按車用標準設計的產(chǎn)品，其中多款已獲車規(guī)級認證，并批量“上車”應用；

此外，斯達半導、華潤微、基本半導體、清純半導體等國產(chǎn)廠商也披露了車規(guī)級碳化硅產(chǎn)品進展情況，國產(chǎn)SiC MOSFET單管在OBC和DC-DC已經(jīng)開始驗證測試和小批量生產(chǎn)。

可以看到，在量產(chǎn)上車方面，國內(nèi)SiC器件廠商也已經(jīng)開始嶄露頭角。多家車企及芯片企業(yè)表示，經(jīng)歷了多年大投入之后，今年碳化硅功率半導體將正式進入“上車”放量窗口期，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)商業(yè)化落地和規(guī)模化進程或?qū)⑻崴佟?/p>

但針對市場規(guī)模最大的、投資者更看重的主逆變器領域，由于主逆變器關系到整車和人員的安全，對SiC MOSFET的性能、可靠性要求極高，國產(chǎn)SiC MOSFET還處于早期階段，短時間內(nèi)難以看到搭載國產(chǎn)SiC MOSFET的電動汽車上路。

因為汽車對碳化硅材料有非常高的可靠性要求，國內(nèi)很多材料還在驗證中，能滿足車規(guī)級要求的占比不高。

但實際上，國產(chǎn)襯底材料近年來的進步十分明顯，比如，今年4月博世與天岳先進簽署長期協(xié)議；5月初英飛凌與兩家國內(nèi)碳化硅材料供應商簽訂長期供貨協(xié)議，都在說明國際大廠對國產(chǎn)材料已經(jīng)表示認同，對國內(nèi)企業(yè)的成本控制將帶來幫助。

實際上，除了天岳先進和天科合達外，還有多家中國SiC襯底和外延廠商的產(chǎn)品已經(jīng)被國際器件廠商所采用，未來將會有更多的國產(chǎn)SiC產(chǎn)品進入汽車供應鏈，有助于緩解全球SiC供應緊張問題。

有業(yè)內(nèi)人士指出，隨著國產(chǎn)SiC襯底材料廠商的發(fā)展，國外SiC廠商感受到了一定的危機，據(jù)Digitimes報道，為應對來自中國競爭對手的日益激烈的競爭，歐洲、美國SiC襯底供應商對亞洲客戶小幅下調(diào)價格。

這也從側面展示了中國市場的巨大潛力，反映出了國產(chǎn)SiC行業(yè)的迅速崛起。經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，國產(chǎn)SiC在材料和晶圓代工等領域已經(jīng)展現(xiàn)出了巨大的潛力和前景。

SiC仍是電動汽車制造商未來必須考慮的核心零組件，其當下所面臨的困境無非是成本高及可靠性低，而一旦SiC達到性價比的“奇點時刻”，行業(yè)將迎來爆發(fā)性增長。

其實在車企眼中，碳化硅器件成本高只是一個局部問題，因為在系統(tǒng)層面它反而可以節(jié)省成本。

盡管單獨看車規(guī)級碳化硅芯片的成本有所增加，但使用碳化硅器件節(jié)省的電池、被動元器件、冷卻系統(tǒng)等系統(tǒng)成本，會超過增加的成本，同時使用效率和用戶體驗也有明顯的提升。這也是未來車規(guī)級碳化硅芯片會在需求端持續(xù)高速增長的關鍵原因之一。

國產(chǎn)SiC設備，加速崛起

上文提到，降低碳化硅成本一方面通過技術創(chuàng)新，提高效率和良率；另一方面實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)；此外，還需要設備、材料的國產(chǎn)化。

SiC產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的技術水平很大程度上受到關鍵裝備直接影響，設備也是決定廠商產(chǎn)能上限的決定性因素之一。

在過去很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)嚴重依賴進口裝備，國內(nèi)企業(yè)起步較晚。近年來，在市場的需求拉動下，國產(chǎn)SiC裝備發(fā)展迅速，部分“卡脖子”現(xiàn)象得到明顯緩解，但許多關鍵瓶頸有待過關邁坎。

在這一背景下，碳化硅設備產(chǎn)業(yè)鏈也在加速擁抱資本市場。從產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)，如何看待當前國產(chǎn)設備廠商的進展和突破？

伏友文表示，SiC器件產(chǎn)業(yè)鏈中主要包括襯底制備、外延生產(chǎn)、芯片制造、芯片封裝等環(huán)節(jié)，主要工藝有單晶生長、襯底切磨拋、外延生長、掩膜沉積、圖形化、刻蝕、注入、熱處理、金屬化等，共涉及幾十種關鍵半導體裝備。由于SiC材料高熔點、高密度、高硬度的特性，在材料和芯片制造過程中，存在一些特殊的工藝控制過程，如物理氣相傳輸法單晶生長、襯底切磨拋加工較慢、外延生長所需溫度極高且需要具備高良率目標、芯片制造過程需要高溫高能設備等，這些均需要增加一些專用的設備作為支撐，如襯底材料制備中的碳化硅單晶生長爐、金剛線多線切割機設備，外延生長爐、芯片制造中的高溫高能離子注入、退火激活、柵氧制備等設備。

長晶設備：高質(zhì)量的SiC單晶制備是整個產(chǎn)業(yè)鏈最為重要的一環(huán)，它直接影響了SiC器件的性能、可靠性和制造成本。

根據(jù)《2022碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，經(jīng)過過去20多年設備研發(fā)積累，中電科48所、北方華創(chuàng)、恒普科技、優(yōu)晶光電、納設、晶盛機電和季華實驗室等國產(chǎn)設備企業(yè)已研制出4-6英寸SiC外延生長設備，并且在成膜質(zhì)量、生產(chǎn)率、穩(wěn)定性、重復性和運行維護性等指標上實現(xiàn)了突破，縮短了與國外設備之間的差距，有力地支撐了國產(chǎn)碳化硅外延的大規(guī)模量產(chǎn)。

從整個產(chǎn)業(yè)鏈條來看，長晶設備是目前SiC國產(chǎn)化程度最高的環(huán)節(jié)。

碳化硅晶圓制造設備：除了SiC襯底外，晶圓制造難是國產(chǎn)SiC MOSFET尚未應用于主驅(qū)的關鍵所在，未來國產(chǎn)SiC芯片擴產(chǎn)也會受到關鍵設備的牽制。

由于SiC材料硬度高、熔點高等特性，需要一些特殊的生產(chǎn)設備與工藝——包括高溫退火爐、高溫離子注入機、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量設備等。

高溫離子注入機方面，國外主要廠商包括愛發(fā)科、應用材料和NISSIN等，目前國內(nèi)企業(yè)爍科中科信的離子注入機在碳化硅領域?qū)崿F(xiàn)了批量應用，設備注入能量、束流大小、注入晶片溫度等技術指標與國外相差不大。

離子注入后仍需進行高溫退火，才可以激活注入離子。高溫退火爐國外主要廠商主要包括昇先創(chuàng)Centrothcrm、日本真空等。目前，中電科48所、北方華創(chuàng)等國內(nèi)企業(yè)已量產(chǎn)了相關設備。

制備SiC器件的柵極氧化層需要高溫氧化爐。國外主要設備廠商包括昇先創(chuàng)Centrotherm、東橫化學等，當前中電科48所、北方華創(chuàng)等國內(nèi)企業(yè)的設備也能夠用于生產(chǎn)碳化硅器件。

據(jù)《2022碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，除了碳化硅外延、離子注入、高溫氧化/激活等碳化硅專用裝備外，華卓精科等國內(nèi)企業(yè)在激光退火、激光劃片、PVD等關鍵設備方面也實現(xiàn)了批量供貨；盛美上海宣布首次獲得Ultra C SiC碳化硅襯底清洗設備的采購訂單，該設備兼容6英寸和8英寸，每小時可達70多片晶圓的產(chǎn)能，可避免薄且易碎的碳化硅襯底的碎片，國產(chǎn)設備市場占有率穩(wěn)步提升。

此外，近些年國內(nèi)廠商的后道加工已在嘗試使用國產(chǎn)切磨拋設備，通過導入激光等新的工藝，也有助于導入大尺寸的襯底制造，以降低襯底材料和器件的成本。

整體來看，SiC器件產(chǎn)線國產(chǎn)設備開始連點成線，有助于進一步推動國產(chǎn)碳化硅芯片的高速發(fā)展。“隨著SiC產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和自主化供應需求，國內(nèi)已逐步形成從設備、材料、器件到應用的全生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，再加上一批積極的政策出臺，有助于進一步推動產(chǎn)業(yè)鏈關鍵設備的自主可控、安全可靠，國產(chǎn)碳化硅設備成長空間巨大，而大尺寸、高效能、低損傷是未來行業(yè)設備發(fā)展的趨勢?！?伏友文說。

SiC內(nèi)卷與國產(chǎn)化謎題

近年來，在下游新能源汽車、光儲等需求的驅(qū)動下，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批碳化硅相應企業(yè)，積極規(guī)劃碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈布局。

同時，資本市場已經(jīng)開始采取長線策略。據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年以來，國內(nèi)碳化硅領域發(fā)生了22起融資案例，合計融資資金已超40億元。設備、襯底、外延、功率器件等，融資幾乎涵蓋了碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈。

無論是頭部企業(yè)還是初創(chuàng)公司，仍在享受著資本注入帶來的快速發(fā)展紅利。

長飛先進總裁陳重國指出，除了資本市場的支持外，相比行業(yè)巨頭，國內(nèi)廠商擁有以下幾大優(yōu)勢：

首先是市場優(yōu)勢，目前碳化硅應用市場主要在新能源汽車以及光伏行業(yè)，而這兩大行業(yè)的市場一半以上都在中國，這是我們相對海外行業(yè)巨頭的第一大優(yōu)勢。

第二是政策支持，我們國家對半導體行業(yè)的支持有目共睹。近年來，為了鼓勵國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，打破國外壟斷，實現(xiàn)技術自主，國家多部門出臺了一系列支持和引導半導體行業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)，這對促進國內(nèi)半導體廠商的發(fā)展也起到了非常大的推動作用。

第三是工程師優(yōu)勢，我國每年畢業(yè)的理工科工程師有幾百萬，這也是我們相比于歐美等國最大的人才優(yōu)勢，同時也是我們可以在短時間內(nèi)快速發(fā)展壯大的原因。

此外，本土廠商還存在價格優(yōu)勢。伏友文表示，一方面，隨著國內(nèi)相關產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，市場規(guī)模不斷增大，產(chǎn)品良率不斷提高，本土廠商在原材料、人工、生產(chǎn)管理上可以控制得更低；另一方面，國產(chǎn)SiC產(chǎn)品可以避免進口產(chǎn)品較高的運輸、關稅和匯率成本。

在諸多優(yōu)勢加持下，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在加速。

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)“已有+在建”碳化硅產(chǎn)線超過100條，雖然市場需求在增長，但同時競爭也在日漸激烈。

對于行業(yè)現(xiàn)狀，有觀點稱，碳化硅國產(chǎn)化發(fā)展存在兩大謎題：一方面，如果項目布局規(guī)模和投資量過大，包袱重，運營成本高，可能會導致失血過快，現(xiàn)金流斷裂；另一方面，如果項目布局規(guī)模不夠，導致規(guī)模效應不足，單位成本居高，市場競爭力不夠，客戶認可度不高；從而重復投資耗時耗錢，吸引不到新投資，最終被淘汰出局。

對此，陳重國認為，當規(guī)模不夠時，市場競爭力不強是必然的。小規(guī)模廠商不僅成本下不去，無法與大規(guī)模廠商競爭，同時也無法滿足用戶的產(chǎn)能需求，更難吸引資本市場的注意。未來隨著碳化硅市場競爭格局逐漸成型，一些小規(guī)模廠商必然會被淘汰出局。

但整體而言，這并不是投資量與盈虧平衡的問題，投資量大并不等于包袱重。投資與產(chǎn)能就好比分母與分子，分母大的話我們的分子也會大，這還會降低每一片晶圓的成本，在市場上更有競爭力，只要產(chǎn)品能賣出去就不存在包袱重、失血過快的問題。

這里的關鍵其實是要慎重地做好市場評估與自我評估，也就是說讓我們的實力與投資量相匹配。這些實力包括成本控制能力、產(chǎn)品可靠性以及強大的銷售能力等，需要我們基于對自身實力的了解再去做市場評估，再去做投資，建設相匹配的規(guī)模，搶占更大的市場。

還需要注意的是，本土企業(yè)在擴張過程中要提升自己的差異化優(yōu)勢，而不是去扎堆同質(zhì)化嚴重的產(chǎn)品。

有行業(yè)專家向筆者表示，未雨綢繆地避免產(chǎn)能盲目擴張，也是市場關注的重要方面。雖然市場都在奔著彌補市場缺口而迅速擴產(chǎn)，但國產(chǎn)碳化硅功率半導體真正有效產(chǎn)出、達到高質(zhì)量標準的產(chǎn)品還不多，尤其中低端的碳化硅功率半導體存在產(chǎn)能過剩風險和內(nèi)卷現(xiàn)象。半導體產(chǎn)業(yè)投資巨大，最終結果很可能導致某些企業(yè)倒下，如果不提早進行控制，可能帶來巨大的資源浪費。

伏友文指出，高速的產(chǎn)能擴張勢必要同實際的市場需求相結合，產(chǎn)能擴張帶來的企業(yè)壓力也是巨大的，汽車芯片技術和質(zhì)量門檻高，建議國內(nèi)同行首先要將提升產(chǎn)品性能和可靠性作為發(fā)展重點，在此基礎上根據(jù)市場需求，合理規(guī)劃產(chǎn)能擴張，避免盲目投資。

三、寫在最后

整體來看，目前碳化硅器件的國產(chǎn)化進展非常明顯，但這不僅僅是國產(chǎn)替代的趨勢問題，整體市場產(chǎn)能不足也是關鍵所在。

碳化硅行業(yè)是一個巨大的增量市場，尤其是隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)變革趨勢下，碳化硅正迎來全面爆發(fā)期。目前碳化硅市場主要由國外的廠商在供，但國外廠商的產(chǎn)能也遠遠滿足不了整體市場的需求，也就是說即使想要進口也面臨買不到、很難買的情況，這也是國內(nèi)企業(yè)可以快速入場的機會。

如今，無論是上游材料、晶圓代工廠、器件、封裝，國內(nèi)在SiC的各個細分供應鏈環(huán)節(jié)都已有玩家在積極參與。但目前海外廠商在碳化硅領域仍占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，國內(nèi)企業(yè)仍在起步階段，技術不斷追趕同時產(chǎn)能尚在爬坡。

在此形勢下，面對這個爆發(fā)性增長的市場機遇和產(chǎn)業(yè)差距，國產(chǎn)廠商應該如何謀劃布局？

陳重國認為：

首先是“產(chǎn)能為王”，一定要加快產(chǎn)能的建設，讓碳化硅器件的產(chǎn)能跟上新能源市場的需求；

二是加快主驅(qū)芯片可靠性驗證工作，目前碳化硅最大的應用場景就是新能源汽車的電驅(qū)部分，而電驅(qū)對芯片的可靠性要求極高，一般對芯片的驗證周期在一年半以上，因此必須抓住時間窗口，盡快通過可靠性驗證工作；

三就是加快第三代半導體人才的培養(yǎng)，以碳化硅為代表的第三代半導體是一個非常新興的行業(yè)，國內(nèi)外相關人才都非常稀缺，必須加快自身人才的培養(yǎng)，這也是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。

隨著SiC技術的不斷突破和國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的完善，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)有望進一步壯大并在全球競爭中占據(jù)更有利的地位。而隨著市場的起伏，火熱的碳化硅行業(yè)終將逐漸回歸理性，唯有護城河深的企業(yè)才能受到青睞。

碳化硅的潮起潮落只是半導體細分產(chǎn)業(yè)供應鏈上無窮硝煙的一個縮影，對這個市場話語權與附加值的爭奪和追趕，還遠遠沒到結束的時候。