SiC的產(chǎn)業(yè)鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測等環(huán)節(jié)構(gòu)成。而在這其中，SiC襯底是發(fā)展SiC的關(guān)鍵。SiC襯底不僅占功率元件成本比重高，且與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。而且目前全球SiC市場的供給也牢牢把控在襯底廠商手里，Cree、II-VI及Si-Crystal（Rohm旗下）合計占據(jù)了90%的出貨量。為了制造SiC芯片，像安森美、英飛凌這樣的公司必須要向Wolfspeed采購SiC晶圓，但如今，越來越多的功率器件大戶都紛紛向上游的SiC襯底布局，而“買買買”無疑成為他們的不二手段。
正因為SiC襯底如此重要，SiC芯片廠商越來越想把控住上游的襯底供應(yīng)，于是我們就接二連三的看到了收購的消息。安森美、羅姆、英飛凌以及意法半導(dǎo)體紛紛下手，買下不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)商。
就在11月1日，安森美宣布已完成以4.15億美元對碳化硅(SiC)生產(chǎn)商GT Advanced Technologies（"GTAT"）的收購。GTAT專門從事各種晶體材料的生長，包括碳化硅。此舉將有助于減少安森美對Wolfspeed原材料的需求。
安森美表示，這筆交易將幫助其確保和增加制造碳化硅芯片的材料供應(yīng)，并使其能夠更好地控制該技術(shù)。通過收購 GTAT，安森美將能夠涵蓋從SiC襯底到封裝的所有領(lǐng)域，到2022年底，其碳化硅收入的大部分將來自 GTAT。
安森美大約70%的芯片是自己生產(chǎn)的，它正在努力提升產(chǎn)能。但安森美認(rèn)為，該公司至少要到2023年才能滿足汽車制造商的需求。安森美計劃投資擴(kuò)大GTAT的制造設(shè)施，支持推進(jìn)150mm和200mm SiC晶體生長技術(shù)的研發(fā)工作，同時還投資于更廣泛的 SiC 供應(yīng)鏈，包括Fab產(chǎn)能和封裝。
在安森美之前，日本的羅姆是收購襯底產(chǎn)業(yè)鏈較早的企業(yè)。羅姆從2000年開始研究SiC，直到2009年通過收購德國SiC襯底和外延片供應(yīng)商SiCrystal，真正有了實質(zhì)性的進(jìn)展。于2010年開始生產(chǎn)碳化硅肖特基勢壘二極管和碳化硅MOSFET，后來擴(kuò)展到碳化硅功率模塊和溝槽碳化硅MOSFET。
SiCrystal成立于1996年，1997年第一批晶圓投入市場。從那時起，其發(fā)展迅速。后來于2000年與西門子擁有的SiC供應(yīng)商 Freitronics Wafer GmbH & Co. KG 合并。此后就是被羅姆收購。據(jù)悉，SiCrystal或?qū)⒂?022年開始生產(chǎn)SiC 晶圓。
英飛凌也是通過收購進(jìn)入上游襯底的，2018年英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領(lǐng)域的新銳公司Siltectra。Siltectra于 2010年在德國德累斯頓成立，公司團(tuán)隊規(guī)模很小，但都是專家，是一家年輕的創(chuàng)新公司，專注于半導(dǎo)體材料的新分裂技術(shù)—冷分裂（COLD SPLIT）。英飛凌表示，得益于冷分裂技術(shù)，更多數(shù)量的 SiC 晶片將使我們的 SiC 產(chǎn)品的量產(chǎn)變得更加容易
與普通鋸切技術(shù)相比，Siltectra的冷分裂技術(shù)以最小的材料損失分割晶體材料。Siltectra專有工藝是一種高產(chǎn)量、低成本的晶圓加工和減薄技術(shù)，適用于SiC和砷化鎵以及氮化鎵、藍(lán)寶石和硅等襯底?；诩す獾募夹g(shù)采用化學(xué)物理過程，該過程使用熱應(yīng)力產(chǎn)生力，沿所需平面精確地分裂材料，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生切口損失。“無切口損失”功能是冷分裂獨有的，具有突破性的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的晶圓技術(shù)相比，它每塊晶錠可提取更多的晶圓，這會提高輸出。而且它還極大地降低了耗材成本。Siltectra稱其相比傳統(tǒng)工藝將提高90%的生產(chǎn)效率。
SILTECTRA? 碳化硅晶片分裂工藝
關(guān)于英飛凌的收購，值得一提的是，2016年7月，英飛凌曾計劃以8.5億美元的現(xiàn)金收購Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業(yè)務(wù)部，當(dāng)時還沒有改名。如果收購Wolfspeed后，英飛凌將成為全球排名第一的碳化硅功率器件供應(yīng)商。但后來因為美國政府的反對讓這次收購沒能進(jìn)行下去。而Cree現(xiàn)在已經(jīng)改名為Wolfspeed，完全蛻變成一家以寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)品為主的公司。
同樣還有1996年就開始進(jìn)軍SiC市場的意法半導(dǎo)體，此前一直與SiC襯底和外延片制造商保持密切合作。也是業(yè)界用SiC襯底制造半導(dǎo)體的先驅(qū)。2019年12月，意法半導(dǎo)體以1.375億美元現(xiàn)金完成收購瑞典SiC襯底和外延片制造商N(yùn)orstel AB，Norstel生產(chǎn)6英寸的SiC裸晶圓和外延片。意法半導(dǎo)體表示，交易完成后，它將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應(yīng)鏈。
Norstel AB成立于1993年，建立在瑞典Linkoping大學(xué)和ABB公司的SiC聯(lián)合研究基礎(chǔ)上，此前一直隸屬于硅晶圓制造商oketic，直到2005年獨立出來。歷經(jīng)了28年的積累，已經(jīng)形成了設(shè)計、制造、運營等一體化的技術(shù)體系，擁有豐富可量產(chǎn)的經(jīng)驗和優(yōu)質(zhì)的性能及穩(wěn)定性，這也是意法半導(dǎo)體最看重的。收購之后，6英寸碳化硅裸晶圓和8英寸外延片是未來意法半導(dǎo)體的重點研究領(lǐng)域，以應(yīng)對日益增長的汽車和工業(yè)市場。
值得一提的是，大尺寸襯底單位面積能夠生產(chǎn)的芯片更多，襯底的大尺寸化是未來趨勢。就在今年8月份，意法半導(dǎo)體的瑞典 Norrk?ping 工廠已制造出首批8英寸碳化硅 (SiC) 晶圓，預(yù)計將用于生產(chǎn)下一代功率半導(dǎo)體。首批8英寸SiC 晶圓質(zhì)量優(yōu)良，芯片良率和晶體位元錯誤缺陷低。意法半導(dǎo)體強(qiáng)調(diào)，此次階段性的成功只是8英寸SiC 量產(chǎn)計劃的一部分，目前也正積極新建碳化硅基板廠，預(yù)計 2024年內(nèi)部采購碳化硅基板比重將超過 40%。
為了讓供應(yīng)鏈變得穩(wěn)健，這些企業(yè)也選擇了兩條腿走路，不僅自己向上游布局，還與其他的襯底供應(yīng)商簽下長期合約。尤其是全球最大的SiC晶圓和襯底供應(yīng)商Wolfspeed。目前Wolfspeed是全球最大的SiC襯底和外延片供應(yīng)商，約占全球一半產(chǎn)能。自從改名為Wolfspeed之后，Cree已經(jīng)從一家LED照明產(chǎn)品公司轉(zhuǎn)型為純半導(dǎo)體公司。
前面我們提到英飛凌收購Wolfspeed失敗，但兩家的合作并沒有終止。2018年2月28日，科銳宣布與英飛凌簽署長期協(xié)議，為英飛凌生產(chǎn)和供應(yīng)Wolfspeed SiC碳化硅晶圓片。該協(xié)議顯示，科銳將向英飛凌供應(yīng)150 mm SiC碳化硅晶圓片，將幫助英飛凌在包括光伏逆變器和電動汽車等高增長市場擴(kuò)展產(chǎn)品供應(yīng)。
今年8月份，Wolfspeed和意法半導(dǎo)體宣布擴(kuò)大現(xiàn)有的多年長期碳化硅晶圓供應(yīng)協(xié)議。修訂后的協(xié)議要求科銳在未來幾年向ST提供150毫米碳化硅裸片和外延片，價值超過8億美元。
雖然Wolfspeed既是英飛凌和意法半導(dǎo)體的碳化硅襯底供應(yīng)商，又在碳化硅器件市場上同他們進(jìn)行直接競爭，但是CEO Gregg Lowe表示公司會以同樣的優(yōu)先級來支持這兩種不同的商業(yè)模式。他認(rèn)為在未來10年內(nèi)Wolfspeed與這些半導(dǎo)體客戶兼競爭對手仍然是良性的競合關(guān)系，Wolfspeed需要伙伴來助推功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從硅器件向碳化硅器件轉(zhuǎn)變。
在功率器件同為競爭對手的意法半導(dǎo)體和羅姆，也簽署了超1.2億美元的150mm碳化硅（SiC）晶圓長期供應(yīng)協(xié)議，意法半導(dǎo)體總裁兼首席執(zhí)行官Jean-Marc Chery則透露了接下來的規(guī)劃，“該SiC襯底長期供應(yīng)協(xié)議是在我們已經(jīng)拿到的外部產(chǎn)能以及正在逐步擴(kuò)大的內(nèi)部產(chǎn)能之外的另一項產(chǎn)能保證，這將確保意法半導(dǎo)體能夠增加晶圓供給量并補(bǔ)充內(nèi)部產(chǎn)能缺口，滿足未來幾年客戶在汽車和工業(yè)項目產(chǎn)品方面的強(qiáng)勁增長的需求?！?/p>
英飛凌和安森美是模擬和功率器件廠商排名前十的兩家領(lǐng)軍企業(yè)，兩家也是競爭關(guān)系，功率半導(dǎo)體是英飛凌和安森美的安身立命之本。此次安森美所收購的GTAT，在去年年底，也與英飛凌簽署了5年SiC晶棒的供貨協(xié)議。英飛凌把其專有的薄晶圓技術(shù)應(yīng)用到GTAT的晶棒上，從而獲得安全優(yōu)質(zhì)的碳化硅晶圓供應(yīng)。碳化硅使用率的增長很大程度上取決于襯底成本的大幅降低，而這一協(xié)議是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要一步。
其實不只是功率器件大戶向上游襯底材料邁進(jìn)，Wolfspeed、羅姆、II-VI，也逐漸由材料向器件產(chǎn)品走。對于SiC這樣性能優(yōu)良、業(yè)界緊需，但又挑戰(zhàn)頗多的材料而言，在競爭中合作，在合作中共贏，是產(chǎn)業(yè)快速向前發(fā)展的一大手段。
根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2025 年射頻器件市場將達(dá)到 20 億美元，2019-2025年市場規(guī)模 CAGR 將達(dá) 18%；2025 年功率器件市場規(guī)模將達(dá) 25.62 億美元，增速超過射頻器件，2019-2025 年市場規(guī)模 CAGR 達(dá) 30%。下游器件需求的釋放將帶動襯底產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
國際SiC大廠已經(jīng)紛紛抱團(tuán)取暖，國內(nèi)企業(yè)也將奮力趕上。好在總體上由于SiC市場目前還處于初期階段，滲透率較低，未來幾年的競爭格局還有較大不確定性。國內(nèi)的SiC襯底企業(yè)如天科合達(dá)、山東天岳、河北同光等仍有很大的發(fā)展空間。
天科合達(dá)是國內(nèi)成立時間最早、規(guī)模最大的碳化硅晶片制造商之一。已經(jīng)掌握6英寸碳化硅晶片的制造技術(shù)，并成功實現(xiàn)批量供應(yīng)。天科合達(dá)自行研發(fā)了碳化硅單晶生長的關(guān)鍵技術(shù)、晶片加工的關(guān)鍵工藝技術(shù)。
山東天岳專注于碳化硅襯底制造，主要產(chǎn)品包括半絕緣型和導(dǎo)電型碳化硅襯底。目前，公司已實現(xiàn)6英寸半絕緣型與導(dǎo)電型的量產(chǎn)，8英寸導(dǎo)電型襯底也進(jìn)入研發(fā)階段。目前，山東天岳與龍頭企業(yè)相比，同等尺寸產(chǎn)品在技術(shù)參數(shù)上已不存在明顯差距，差距主要體現(xiàn)在各尺寸的量產(chǎn)時間、供應(yīng)等方面。而從毛利來看，山東天岳的主營業(yè)務(wù)毛利率從 2018 年的 8.5%大幅提升至2020年的34.9%，Wolfspeed的毛利率也才39.22%，逐漸接近國際主要競爭者。
河北同光晶體成立于2012年，是中科院半導(dǎo)體所的合作單位，同光晶體主要產(chǎn)品包括4英寸和6英寸導(dǎo)電型、半絕緣碳化硅襯底。今年9月5日，河北同光年產(chǎn)10萬片直徑4-6英寸碳化硅單晶襯底項目，在保定市淶源縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)投產(chǎn)。
據(jù)不完全統(tǒng)計我國從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已經(jīng)有30多家，這個數(shù)量不算少，國際射頻器件廠商、SiC器件廠商都在紛紛往上游布局，未來國內(nèi)估計也會走向產(chǎn)業(yè)鏈整合的局面。買買買是國際大廠的發(fā)展必由之路，也將伴隨國內(nèi)半導(dǎo)體的進(jìn)階。
本文來自微信公眾號 “半導(dǎo)體行業(yè)觀察”（ID：icbank），作者：杜芹DQ，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
