8英寸碳化硅，如火如荼

近日消息，全球最大8英寸碳化硅晶圓廠啟動(dòng)。功率半導(dǎo)體大廠英飛凌于8月8日宣布，已正式啟動(dòng)位于馬來西亞新晶圓廠的第一階段，該晶圓廠將成為全球最大、最具競爭力的200毫米（8英寸）碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體晶圓廠，預(yù)計(jì)2025年開始量產(chǎn)。

碳化硅尺寸越大，單位芯片成本越低，故6英寸向8英寸轉(zhuǎn)型升級(jí)是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。業(yè)界人士稱，預(yù)計(jì)從2026年至2027年開始，現(xiàn)在的6英寸碳化硅產(chǎn)品都將被8英寸產(chǎn)品替代。

當(dāng)前來看，第三代半導(dǎo)體碳化硅加速邁進(jìn)8英寸時(shí)代，并引得“天下群雄”踴躍進(jìn)軍。據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計(jì)，英飛凌、Wolfspeed、安森美、意法半導(dǎo)體、羅姆等大廠早早“卷”進(jìn)了8英寸碳化硅賽場。

圖表來源：全球半導(dǎo)體觀察制表

一、SiC邁入8英寸時(shí)代，五大廠落子情況

從地區(qū)來看，英飛凌工廠主要布局在馬來西亞、德國，意法半導(dǎo)體則在意大利、中國重慶，Wolfspee（德國、美國），安森美（韓國），羅姆（日本）。

從上表中可悉，在2024-2027年之間，五大廠旗下工廠基本可以轉(zhuǎn)為8英寸碳化硅晶圓制造，產(chǎn)能放量周期大都集中于2030-2033年之間。

從已披露的產(chǎn)能放量時(shí)間來看，英飛凌馬來西亞居林三廠預(yù)計(jì)2024年底開始生產(chǎn)，2025年量產(chǎn)，2027年全面轉(zhuǎn)向8英寸晶圓；意法半導(dǎo)體意大利新廠和中國重慶合資廠在2025年基本可以過渡到8英寸碳化硅晶圓，而意大利新廠預(yù)計(jì)2026年生產(chǎn)，2033年滿產(chǎn)；Wolfspeed部分工廠已量產(chǎn)，德國新工廠預(yù)計(jì)2027年開始投產(chǎn)，2030年滿產(chǎn)；安森美韓國富川廠在2025年過渡到8英寸碳化硅晶圓，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)；羅姆日本宮崎第二工廠將導(dǎo)入8英寸碳化硅晶圓產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2024年投產(chǎn)。

此外，值得一提是，自莫霍克谷工廠啟用后，Wolfspeed成為了當(dāng)時(shí)能夠量產(chǎn)8英寸碳化硅的唯一廠商，并且這一狀態(tài)維持了許久。不過，目前安森美正在加速8英寸碳化硅建設(shè)馬力，或?qū)⒃诿髂甏蚱芖olfspeed獨(dú)占鰲頭的局面。據(jù)業(yè)界消息，安森美計(jì)劃在今年晚些時(shí)候?qū)?英寸碳化硅（SiC）晶圓進(jìn)行認(rèn)證，并于2025年投入生產(chǎn)。而英飛凌正在努力與Wolfspeed競爭全球最大8英寸SiC晶圓廠的首家，只是二者均未透露具體產(chǎn)能計(jì)劃。

01
英飛凌：馬來西亞+德國

英飛凌馬來西亞新晶圓廠的第一階段投資額為20億歐元，以碳化硅為主力，還將包括氮化鎵(GaN)外延；第二階段投資額高達(dá)50億歐元，將打造全球最大、最高效的200毫米SiC功率晶圓廠。

馬來西亞居林廠
圖片來源：英飛凌

英飛凌指出，馬來西亞居林高科技園區(qū)第三廠區(qū)一期從動(dòng)工到完工僅花13個(gè)月的時(shí)間，已經(jīng)是超前進(jìn)度的表現(xiàn)。目前初期碳化硅生產(chǎn)仍以成熟的6英寸晶圓為主，2027全面轉(zhuǎn)向8英寸晶圓。

目前英飛凌已獲得總價(jià)值約50億歐元的設(shè)計(jì)訂單，并已從現(xiàn)有和新客戶那里收到約10億歐元的預(yù)付款，用于持續(xù)擴(kuò)建居林3號(hào)工廠。據(jù)悉，這些設(shè)計(jì)訂單包括汽車行業(yè)的六家OEM以及可再生能源和工業(yè)領(lǐng)域的客戶，其中，汽車領(lǐng)域客戶涉及福特、上汽和奇瑞等，新能源領(lǐng)域客戶涉及SolarEdge和中國三大領(lǐng)先的光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)公司等。

圖片來源：拍信網(wǎng)

英飛凌還投資改造德國奧地利的菲拉赫生產(chǎn)基地，也將致力于8英寸SiC/GaN的生產(chǎn)。目前，該公司正在持續(xù)推進(jìn)奧地利菲拉赫的硅晶圓工廠進(jìn)行改造，計(jì)劃將6英寸和8英寸的硅晶圓生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟韬偷壠骷纳a(chǎn)線。

英飛凌大張旗鼓地?cái)U(kuò)張?zhí)蓟璁a(chǎn)能，旨在2030年之前占據(jù)全球30%市場份額，該公司預(yù)計(jì)到2027年，產(chǎn)能將增長10倍。

02
意法半導(dǎo)體：意大利+中國重慶

意法半導(dǎo)體是全球最大的碳化硅芯片制造商，在歐洲和亞洲的9個(gè)國家/地區(qū)設(shè)立了14個(gè)主要制造基地。其中有7個(gè)為晶圓制造工廠（前端），其余7個(gè)則為組裝和測試工廠（后端）。

針對(duì)8英寸碳化硅布局，意法半導(dǎo)體計(jì)劃，2025年第三季度在意大利卡塔尼亞的碳化硅晶圓廠過渡到8英寸，并將新加坡晶圓廠過渡到8英寸，同年第四季度與三安光電合資的中國工廠也將開始生產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓。

意大利：2024年5月，意法半導(dǎo)體計(jì)劃在意大利南部西西里大區(qū)卡塔尼亞（Catania）投資50億歐元，建造全球首個(gè)綜合碳化硅晶圓工廠。該工廠以8英寸工藝為基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)2026年開始生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)首創(chuàng)的8英寸SiC晶圓量產(chǎn)，到2033年達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)每周可生產(chǎn)多達(dá)1.5萬片晶圓。

該計(jì)劃于2024年5月底獲得了歐盟委員會(huì)的批準(zhǔn)。歐盟委員會(huì)的一份聲明稱，卡塔尼亞工廠將有助于扭轉(zhuǎn)過度依賴進(jìn)口設(shè)備的趨勢，這些設(shè)備與歐洲數(shù)字化和綠色轉(zhuǎn)型目標(biāo)尤其相關(guān)，并批準(zhǔn)了意大利提供的20億歐元援助。

意大利卡塔尼亞新廠分布圖
圖片來源：意法半導(dǎo)體官網(wǎng)

中國重慶：2023年6月，意法半導(dǎo)體與三安光電計(jì)劃投資32億美元，在中國重慶“霧都”共同建設(shè)一座新的8英寸碳化硅器件合資制造工廠。此外，三安光電還將利用自研的碳化硅襯底工藝，單獨(dú)建造和運(yùn)營一個(gè)新的8英寸碳化硅襯底制造廠。

重慶三安意法SiC項(xiàng)目總規(guī)劃投資約300億元人民幣，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后將建成全國首條8英寸SiC襯底和晶圓制造線，具備年產(chǎn)48萬片8英寸SiC襯底、車規(guī)級(jí)MOSFET功率芯片的制造能力，預(yù)計(jì)營收將達(dá)170億人民幣。近日，重慶三安半導(dǎo)體SiC襯底工廠完成了主設(shè)備的入場。

意法半導(dǎo)體目標(biāo)是到2024年，實(shí)現(xiàn)40%碳化硅襯底自給。另據(jù)韓媒6月報(bào)道，英飛凌將從2025年第三季度將其碳化硅功率半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝從6英寸升級(jí)為8英寸。

03
Wolfspeed：美國+德國

Wolfspeed是最早量產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓的廠商。Wolfspeed在美國紐約州布局的莫霍克谷（Mohawk Valley）SiC晶圓廠已于2022年4月開業(yè)，目前2024年7月達(dá)到20%的晶圓開工利用率，產(chǎn)能提升將持續(xù)到2027年。Wolfspeed的10號(hào)樓碳化硅材料（Building 10 Materials）工廠已實(shí)現(xiàn)其8英寸晶圓的生產(chǎn)目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2024年底，可支持莫霍克谷工廠約25%的晶圓開工利用率。

據(jù)介紹，莫霍克谷工廠是世界上第一家專門建造的全自動(dòng)8英寸碳化硅工廠，與Wolfspeed市場領(lǐng)先的200毫米材料生產(chǎn)相結(jié)合，鞏固了Wolfspeed作為唯一一家完全垂直整合的200毫米碳化硅制造商的競爭地位。

莫霍克谷SiC晶圓廠
圖片來源：Wolfspeed

Wolfspeed于2022年9月，將在美國北卡羅來納州錫勒市查塔姆縣（(Chatham County)）建設(shè)John Palmour碳化硅制造中心（“JP”），計(jì)劃投資預(yù)計(jì)13億美元（近90億人民幣），項(xiàng)目一期工程預(yù)計(jì)2024年完成。新工廠毗鄰其現(xiàn)有的達(dá)勒姆(Durham)材料工廠，新工廠將制造8英寸碳化硅（SiC）晶圓，建成后碳化硅產(chǎn)能將再增加10倍，并將成為世界上最大、最先進(jìn)的SiC材料工廠，預(yù)期在2025年夏季之前向莫霍克谷交付晶圓。

Wolfspeed當(dāng)時(shí)表示，在2024年至本十年結(jié)束之前，公司根據(jù)需求擴(kuò)大額外產(chǎn)能，預(yù)計(jì)最終目標(biāo)445億元，建成超過100萬平方英尺的工廠。

John Palmour碳化硅制造中心
圖片來源：Wolfspeed

自此，Wolfspeed在美國部署建設(shè)3座碳化硅工廠，包括達(dá)勒姆（Durham）碳化硅襯底工廠（已建成）、莫霍克谷工廠（已落成）、查塔姆工廠（在建中）。

隨著8英寸碳化硅需求穩(wěn)步上升，Wolfspeed于2023年2月初宣布，聯(lián)合德國汽車供應(yīng)商巨頭采埃孚，在德國薩爾州恩斯多夫建造全球最大、最先進(jìn)的8英寸SiC器件制造工廠。該晶圓廠占地35英畝，計(jì)劃2027年投產(chǎn)，2030年滿產(chǎn)。不過，近期有消息稱，Wolfspeed推遲了德國工廠的計(jì)劃。資金方面，該工廠預(yù)計(jì)耗資約27.5億歐元（約合人民幣215億元），已獲得德國聯(lián)邦政府3.6億歐元（約合人民幣28億）及薩爾州政府1.55億歐元（約合人民幣12億元）的補(bǔ)貼。據(jù)悉，Wolfspeed還在申請(qǐng)《歐洲芯片法案》的資金援助。

待德國薩爾州工廠建成后，將與莫霍克谷SiC晶圓廠、北卡羅來納州John Palmour碳化硅制造中心一同成為Wolfspeed公司65億美元產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃的重要組成部分，并且這三座工廠也是Wolfspeed主力布局8英寸碳化硅晶圓的重點(diǎn)駐扎地。

碳化硅200mm半導(dǎo)體芯片
圖片來源：Wolfspeed

04
安森美:韓國

目前安森美在韓國富川已落一子，即先進(jìn)SiC超大型制造工廠。該工廠已于2023年10月完成擴(kuò)建，并于2024年正式運(yùn)行，目前富川SiC生產(chǎn)線主力生產(chǎn)6英寸晶圓，計(jì)劃在2025年完成相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證后，將轉(zhuǎn)為生產(chǎn)8英寸晶圓，工廠滿載時(shí)，可生產(chǎn)超過100萬片8英寸SiC晶圓/年。該公司近日透露，預(yù)計(jì)2024年產(chǎn)能為2023年的1.7倍；2026年產(chǎn)能規(guī)劃約為80萬片。

近年來，安森美SiC業(yè)務(wù)進(jìn)展迅速，據(jù)TrendForce集邦咨詢指出，這主要?dú)w功于其車用EliteSiC系列產(chǎn)品。自完成對(duì)GTAT收購后，目前onsemi的SiC襯底材料自給率已超過50%，隨著內(nèi)部材料產(chǎn)能的提升，公司正在朝著毛利率達(dá)到50%的目標(biāo)前進(jìn)。

圖片來源：安森美

據(jù)外媒報(bào)道，安森美計(jì)劃于今年晚些時(shí)候推出8英寸SiC晶圓，并于2025年投產(chǎn)。安森美總裁兼首席執(zhí)行官Hassane El-Khoury本月初表示，公司仍然按計(jì)劃推進(jìn)，今年將完成8英寸晶圓的認(rèn)證，這包括從襯底到晶圓廠的整個(gè)流程。他強(qiáng)調(diào)，公司繼續(xù)加強(qiáng)其在汽車領(lǐng)域的碳化硅地位，同時(shí)與歐洲、北美和中國的領(lǐng)先全球原始設(shè)備制造商（OEM）一起擴(kuò)大生產(chǎn)。

此外，工業(yè)材料供應(yīng)商Entegris近日宣布，已與芯片制造商安森美半導(dǎo)體達(dá)成長期供應(yīng)協(xié)議，提供制造碳化硅（SiC）半導(dǎo)體的技術(shù)解決方案。Entegris的產(chǎn)品之一化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)，正是芯片制造過程中用于去除硅晶片表面不規(guī)則性的關(guān)鍵工藝。

05 
羅姆：日本

羅姆決定將其位于日本宮崎縣的第二家工廠，即藍(lán)碧石半導(dǎo)體宮崎第二工廠，生產(chǎn)8英寸SiC襯底，主要供該公司內(nèi)部使用，預(yù)計(jì)將于2024年開始投產(chǎn)。

宮崎第二工廠
圖片來源：羅姆官網(wǎng)

宮崎第二工廠原本是出光興產(chǎn)子公司太陽能前線（Solar Frontier）的原國富工廠，主要生產(chǎn)IC、傳感器、二極管、碳化硅功率器件、IGBT。羅姆于2023年7月宣布與太陽能前線就收購該公司原國富工廠資產(chǎn)事宜達(dá)成基本協(xié)議，并于同年11月成功將其收購納入麾下。

這將是羅姆首次在日本生產(chǎn)SiC襯底。在此之前，羅姆在日本擁有四個(gè)SiC功率半導(dǎo)體生產(chǎn)基地，分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠、長濱工廠以及宮崎第一工廠。而此次該工廠將成為羅姆在日本最大規(guī)模的SiC功率半導(dǎo)體生產(chǎn)基地。

二、1.8倍芯片產(chǎn)量，8英寸SiC“妙”在何處？

資料顯示，碳化硅（SiC）是第三代半導(dǎo)體代表產(chǎn)品之一，應(yīng)用在電動(dòng)汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導(dǎo)率、近10倍的擊穿場強(qiáng)、以及2倍的電子飽和漂移速率。理論上，相同耐壓的器件，SiC的單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300。

硅（Si）和碳化硅（SiC）參數(shù)對(duì)比表格
圖片來源：qorvo官網(wǎng)

近年來，隨著汽車電動(dòng)化浪潮來襲，汽車生產(chǎn)用半導(dǎo)體的數(shù)量有所增加，SiC功率半導(dǎo)體需求日漸增長。業(yè)界數(shù)據(jù)顯示，就電動(dòng)汽車而言，使用SiC功率半導(dǎo)體時(shí)，行駛里程可以增加18~20%，預(yù)計(jì)未來汽車的采用率將從目前的15%提高到60%。

目前，碳化硅功率元件主要應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的主逆變器，包括OBC、DC、車外的充電樁等領(lǐng)域。TrendForce集邦咨詢指出，值得注意的是，在一些非汽車的市場，其實(shí)碳化硅的市場也非常值得關(guān)注，如工業(yè)領(lǐng)域的光伏、儲(chǔ)能。還有像目前AI浪潮推動(dòng)的服務(wù)器領(lǐng)域，其實(shí)隨著芯片的功耗不斷的增加，也是推動(dòng)了整個(gè)服務(wù)器功率密度的提高，那這其實(shí)也對(duì)碳化硅提出了新的需求。

xEV應(yīng)用中經(jīng)常使用的功率半導(dǎo)體分布圖
圖片來源：Macnica官網(wǎng)

令供應(yīng)端又喜又憂的是，需求強(qiáng)烈意味著市場蘊(yùn)含著更多機(jī)遇，但也不得不面對(duì)襯底材料短缺的問題。SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環(huán)節(jié)形成，襯底在SiC器件成本中占比高達(dá)~45%。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，碳化硅隱含著單晶生產(chǎn)周期長、環(huán)境要求高、良率低等問題，而碳化硅襯底的長晶生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對(duì)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(jí)的差異。因此，成本高、產(chǎn)量效果不明顯一直是碳化硅器件制造的痛點(diǎn)。

面對(duì)市場需求的熱烈呼吁，碳化硅大廠不斷做出相應(yīng)解決方案，為了降低單個(gè)器件的成本，進(jìn)一步擴(kuò)大SiC襯底尺寸，在單個(gè)襯底上增加器件的數(shù)量是降低成本的主要途徑。從碳化硅尺寸發(fā)展來看，業(yè)界信息顯示，從4英寸升級(jí)到6英寸預(yù)計(jì)單片成本可降低50%，從6英寸到8英寸成本預(yù)計(jì)還能再降低35%，并且8英寸襯底能夠切出更多的芯片（預(yù)計(jì)可多切90%），邊緣浪費(fèi)也會(huì)更低。

TrendForce集邦咨詢認(rèn)為，碳化硅從6英寸升級(jí)到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產(chǎn)量，8英寸能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉(zhuǎn)型，是降低SiC器件成本的可行之法。同時(shí)，8英寸襯底厚度增加有助于在加工時(shí)保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率，采用8英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。

目前，6英寸、8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品正在加速入市。針對(duì)價(jià)格變化方面，TrendForce集邦咨詢分析師表示，特別是在這幾年間，隨著中國廠商進(jìn)入到整個(gè)碳化硅市場競爭之中，更是加速了整個(gè)碳化硅市場襯底價(jià)格的下降幅度。目前從整個(gè)碳化硅襯底價(jià)格的變化幅度看，6英寸導(dǎo)電型的碳化硅襯底價(jià)格，大概是從三四年前的1000美金下滑到了當(dāng)前的500美金左右。

此外，放眼全球格局，碳化硅市場仍由意法半導(dǎo)體（ST）、Wolfspeed、英飛凌（Infineon）、安森美(onsemi)、羅姆（ROHM）五大廠占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2023年全球SiC功率元件產(chǎn)業(yè)在純電動(dòng)汽車應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下保持強(qiáng)勁成長，前五大SiC功率元件供應(yīng)商約占整體營收91.9%，其中意法半導(dǎo)體以32.6%市占率持續(xù)領(lǐng)先，onsemi則是由2022年的第四名上升至第二名。

三、碳化硅風(fēng)起云涌                                   

碳化硅市場如火如荼，針對(duì)廠商們大舉擴(kuò)產(chǎn)，搶抓市場機(jī)遇的舉動(dòng)，TrendForce集邦咨詢認(rèn)為，瘋狂的產(chǎn)能擴(kuò)張背后亦蘊(yùn)藏著價(jià)格和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)商們必須加以重視并積極調(diào)整應(yīng)對(duì)。在此情況下，Infineon等IDM大廠在確保穩(wěn)定的材料供應(yīng)后，已將更多注意力轉(zhuǎn)移到元件、封裝和應(yīng)用技術(shù)上，這是未來關(guān)鍵競爭力之所在。但總的來說，SiC正處于一個(gè)快速成長和高度競爭的市場，規(guī)模經(jīng)濟(jì)比任何其他因素更為重要。領(lǐng)先的IDM廠商紛紛一改過去保守、沉穩(wěn)的戰(zhàn)略姿態(tài)，轉(zhuǎn)而激進(jìn)投資SiC擴(kuò)張計(jì)劃，期望建立領(lǐng)導(dǎo)地位。

截至目前，除了上述提到的五家廠商之外，還有爍科晶體、南砂晶圓、天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、乾晶半導(dǎo)體、科友半導(dǎo)體、三安光電等均發(fā)布8英寸襯底相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃；環(huán)球晶圓、東尼電子、合盛硅業(yè)、天成半導(dǎo)體、平煤神馬合資公司中宜創(chuàng)芯等企業(yè)透露正在研發(fā)8英寸襯底。據(jù)悉，已有超10家企業(yè)8英寸SiC襯底進(jìn)入了送樣、小批量生產(chǎn)階段。

未來市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，SiC競賽選手不斷增加，賽場將愈發(fā)激烈。TrendForce集邦咨詢研究此前數(shù)據(jù)指出，8英寸的產(chǎn)品市占率不到2%，并預(yù)測2026年市場份額將成長到15%左右。

展望SiC市場未來前景，TrendForce集邦咨詢研究表示，盡管純電動(dòng)汽車（BEV）銷量增速的明顯放緩已經(jīng)開始影響到SiC供應(yīng)鏈，但作為未來電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向，SiC在汽車、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應(yīng)用市場中仍然呈現(xiàn)加速滲透之勢，未來幾年整體市場需求將維持增長態(tài)勢，預(yù)估至2028年，全球SiC功率器件市場規(guī)模有望上升至91.7億美元。