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碳化矽SiC基板發展現狀淺析

【愛集微】

集微諮詢(JW insights)認為:

  • SiC (碳化矽) 產業鏈分為上中下游三個環節:上游包括基板和磊晶晶圓 (或稱外延片,Epitaxial Wafer) 的製備;中游包括晶片、器件或模組的設計、製造和封測;下游則是終端應用。其中基板的加工難度是最高的,它的價值量也是相對最大的,價值量占比中大概基板會占到一半左右。
  • 全球範圍內看,半絕緣基板和磊晶晶圓由4吋向6吋線轉移,4吋線3~5年逐漸淘汰;導電型基板以6吋為主,GREE已有8吋樣品出貨,未來5年將達到量產標準。
  • 中國本土主要半絕緣基板集中在2-4吋,導電型基板從4吋向6吋在逐步過渡,6吋基板開始規模化生產或者開始建設產線,2-3年內會有大量產線實現量產,8吋導電型基板少數企業研發成功。

第三代半導體具備的耐高壓、耐高溫、低損耗等特性,符合當前功率半導體器件的應用需求。在相關領域由第三代半導體材料(碳化矽、氮化鎵)替換第一代矽基材料,正有望成為一種長期趨勢。

其中,碳化矽因其優越的物理性能:高禁帶寬度(對應高擊穿電場和高功率密度)、高電導率、高熱導率,將是未來最被廣泛使用的製作半導體晶片的基礎材料。碳化矽器件/模組主要的應用領域是電力電子市場,包括軌道交通、太陽能逆變器、新能源汽車以及消費類電子等。

根據 IHS Markit 資料,2019 年碳化矽功率器件市場規模約6.1億美元,受新能源汽車、5G技術應用的推廣等領域快速崛起需求驅動,2025年碳化矽功率器件的市場規模將達到30億美元,年均複合增速達到30.4%。

技術方面:6吋碳化矽基板是主流,大尺寸是發展方向

碳化矽產業鏈分為上中下游三個環節:上游包括基板和磊晶晶圓的製備;中游環節包括晶片、器件或模組的設計、製造和封測;下游環節則是終端應用,其中基板的難度是最高的,它的價值量也是相對最大的,價值量占比中基板大概會占到一半左右。

與矽材料相比,以碳化矽晶片為基板製造的半導體器件具備高功率、耐高壓/高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強等優點,可廣泛應用於半導體功率器件和5G通訊等領域。

碳化矽基板的尺寸主要有2吋(50mm)、3吋(75mm)、4吋(100mm)、6吋(150mm)、8吋(200mm)等規格,與矽晶圓類似,大尺寸的晶圓也是碳化矽基板的發展方向。

目前,國內外主要企業集中生產4吋、6吋碳化矽基板。從4吋到6吋,晶體的生長是最難破解的關鍵技術。基板尺寸越大,單位基板可製造的晶片數量越多,邊緣浪費越小,單位晶片成本越低。

碳化矽基板依電阻率不同分為導電型和半絕緣型兩類,分別外延沉積碳化矽和氮化鎵後,用於功率器件和射頻器件的製作。

導電型碳化矽基板材料方面,作為製造碳化矽功率半導體器件的基材,根據 Yole Development 統計,2017年4吋導電型碳化矽晶圓市場接近10萬片;6吋導通型碳化矽晶圓供貨約1.5萬片;預計到2020年,4吋導電型碳化矽晶圓的市場需求保持在10萬片左右,單價將降低25%;6吋導電型碳化矽晶圓的市場需求將超過8萬片。

半絕緣型碳化矽基板方面,當前主流半絕緣基板的產品以4吋為主。Yole Development預計,到2020年,4吋半絕緣基板的市場保持在4萬片,而6吋半絕緣基板的市場迅速提升至4-5萬片;2025-2030年,4吋半絕緣基板逐漸退出市場,而6吋晶圓將增長至20萬片。

集微諮詢(JW insights)統計,近兩年,從產業鏈看,中國國內簽約落地的SiC產業相關項目主要是基板項目占比44%,而主要建設的是6吋基板產線。其中,規劃建設的8吋產線相對比4吋產線建設數量少。集微諮詢(JW insights)認為,這是因為全球範圍內看,基板和外延由4吋向6吋轉移,4吋3-5年逐漸淘汰。

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