集微咨詢：國內(nèi)SiC襯底企業(yè)技術(shù)圖譜：“產(chǎn)學(xué)研”基因凸顯

集微咨詢（JW insights）認(rèn)為：

- 國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)化帶有“學(xué)研”基因極為突出，“產(chǎn)學(xué)研用”已成國內(nèi)碳化硅襯底領(lǐng)域的重要特色；

- 國內(nèi)SiC商業(yè)化襯底以4英寸為主，逐步向6英寸過渡，與國際主流相比，我國大尺寸SiC單晶襯底制備技術(shù)仍不成熟，單晶襯底尺寸仍然偏小；

- 國內(nèi)SiC單晶材料領(lǐng)域在以下方面存在一定風(fēng)險(xiǎn)：一是SiC單晶企業(yè)無法為國內(nèi)已經(jīng)/即將投產(chǎn)的6英寸芯片工藝線提供高質(zhì)量的6英寸單晶襯底材料。

以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體材料是繼硅材料之后最有前景的半導(dǎo)體材料之一，與硅材料相比，以碳化硅晶片為襯底制造的半導(dǎo)體器件具備高功率、耐高壓、耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G 通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。

全球SiC發(fā)展歷程

Si和SiC作為半導(dǎo)體材料幾乎同時(shí)被提出，但由于SiC生長技術(shù)的復(fù)雜和缺陷、多型現(xiàn)象的存在，其發(fā)展曾一度被擱淺。

SiC的發(fā)展歷經(jīng)了多個(gè)重要階段：

碳化硅晶體的合成技術(shù)至今已經(jīng)有近200年的歷史。氣相法成為制備碳化硅單晶的重要技術(shù)，主要經(jīng)歷了Acheson法、Lely法和PVT法等的發(fā)展階段。1955年，Lely首先在試驗(yàn)室用升華法制備出了具有足夠尺寸的SiC單晶；1978年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Tairov和Tsvetko在Lely法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出采用籽晶來控制晶體生長的構(gòu)型，稱為PVT法或改良Lely 法。目前，PVT法是生長大直徑、高質(zhì)量碳化硅單晶最常用的方法。

自1994年后，隨著半導(dǎo)體照明及2英寸SiC單晶襯底的突破性進(jìn)展，全球SiC研究熱潮掀起。世界各國對SiC的研究非常重視，美國、歐洲、日本等從國家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃。

對于第三代半導(dǎo)體而言，SiC作為核心襯底材料，其供應(yīng)穩(wěn)定性十分重要，無論是SiC功率器件還是高性能的SiC基GaN器件，都離不開SiC襯底。

目前，在碳化硅晶片領(lǐng)域，國際上出現(xiàn)了美國Wolfspeed公司（此前用名：Cree，以下用Wolfspeed）、美國II-VI公司和德國SiCrystal（2009年被羅姆收購）公司等代表性龍頭企業(yè)。

上世紀(jì)90年代初，美國Wolfspeed公司已成功推出碳化硅晶片產(chǎn)品，Wolfspeed于上世紀(jì)90年代末成功研制出4英寸碳化硅晶片，并于2001年成功研制首個(gè)商用碳化硅SBD產(chǎn)品。2015年，Wolfspeed、II-Ⅵ公司推出了8英寸SiC單晶襯底材料樣品。

國內(nèi)SiC襯底技術(shù)“基因”

我國在SiC單晶的制造方面起步較晚。現(xiàn)階段，國產(chǎn)SiC襯底技術(shù)和產(chǎn)業(yè)均有了長足進(jìn)步，但從國際市場看，占有率仍較低。

國內(nèi)高校和科研單位對SiC單晶的研究始發(fā)于2000年前后，包括上海硅酸鹽所、中科院物理所、山東大學(xué)、中電集團(tuán)46所、西安理工大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等。

集微咨詢（JW insights）調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)化帶有“學(xué)研”基因極為突出，“產(chǎn)學(xué)研用”已成國內(nèi)碳化硅襯底領(lǐng)域的重要特色。

集微咨詢（JW insights）了解到，目前國際上SiC襯底的制造早已從4英寸換代到6英寸，部分企業(yè)8英寸產(chǎn)線即將開始量產(chǎn)。而國內(nèi)SiC襯底產(chǎn)業(yè)化方面，以4英寸為主，已經(jīng)開發(fā)出6英寸導(dǎo)電型SiC襯底和高純半絕緣SiC襯底。與硅晶圓類似，大尺寸的晶圓也是碳化硅襯底的發(fā)展方向。

此外，國內(nèi)SiC 襯底生產(chǎn)工藝水平有待進(jìn)一步提升，產(chǎn)品在直徑、缺陷密度、穩(wěn)定性等參數(shù)上與國際主流商用企業(yè)Wolfspeed等的同類產(chǎn)品還有一定差距。

集微咨詢（JW insights）認(rèn)為：對于國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，除了追求更大尺寸的襯底之外，襯底產(chǎn)品其他性能參數(shù)的提升也需要更多的基礎(chǔ)研究的支持。例如，為了發(fā)揮材料性能優(yōu)勢，SiC?功率器件必然將逐步走向更高電壓和更高功率的應(yīng)用，這就對SiC?功率器件在高壓水平下的可靠性提出了更高的要求，意味著需要不斷降低襯底及外延中的缺陷密度來提升可靠性，尤其是位錯(cuò)密度水平。這些缺陷密度的解決都需要系統(tǒng)且長期地深入學(xué)術(shù)、工藝等方面進(jìn)行研究，單獨(dú)依靠企業(yè)很難完成。在此背景下，產(chǎn)學(xué)研合作成為技術(shù)落地的重要路線。

國立研究機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是基礎(chǔ)研究力量雄厚，承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)研發(fā)的能力強(qiáng)，可以從更深層次去研究這些缺陷形成的機(jī)理和解決途徑，并能及時(shí)將研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)。因此，在SiC全鏈條科技創(chuàng)新中，國立研究機(jī)構(gòu)仍需繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。

目前，國內(nèi)能批量生產(chǎn)SiC襯底的企業(yè)包括天科合達(dá)、山東天岳、爍科晶體、同光晶體、中科鋼研、南砂晶圓、福建北電新材料、世紀(jì)金光、中電化合物、江蘇超芯星等公司。

集微咨詢（JW insights）認(rèn)為，資金曾經(jīng)是我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化過程遇到的最大問題之一。而近幾年，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資熱度居高不下，大量資金推動(dòng)項(xiàng)目新建、擴(kuò)產(chǎn)，行業(yè)外企業(yè)也積極通過并購進(jìn)入第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，這將有利加速產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及追趕。

但在我國第三代半產(chǎn)業(yè)追趕過程中，仍然存在一定風(fēng)險(xiǎn)。集微咨詢（JW insights）統(tǒng)計(jì)顯示，近5年布局的碳化硅襯底、外延、器件項(xiàng)目中，6英寸占比為超70%。但目前國內(nèi)大部分SiC襯底企業(yè)仍然無法滿足國內(nèi)已經(jīng)/即將投產(chǎn)的6英寸芯片工藝線對襯底產(chǎn)品的需求，尤其是高質(zhì)量6英寸單晶襯底材料仍然需要依賴國外企業(yè)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前美國對華技術(shù)封鎖的重點(diǎn)領(lǐng)域，已經(jīng)成為中國“短板”中的重災(zāi)區(qū)。而2018年，美國明確把碳化硅、氮化鎵等材料列入301管制技術(shù)清單，美國商務(wù)部將第三代半導(dǎo)體材料和芯片企業(yè)列入制裁名單。2020年2月，美國及日本等 42 個(gè)加入《瓦森納協(xié)定》的國家，決定擴(kuò)大出口管制范圍，新追加了可轉(zhuǎn)為軍用的半導(dǎo)體基板制造技術(shù)等，防止技術(shù)外流到中國等地。

集微咨詢（JW insights）認(rèn)為，“十四五”是中國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵窗口期，建立長期戰(zhàn)略優(yōu)勢至關(guān)重要。目前全球第三代半導(dǎo)體正處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)前的“搶跑”階段。我國在市場和應(yīng)用領(lǐng)域有戰(zhàn)略優(yōu)勢，正在形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈條，在資本、政策的紅利加持下，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將從中受益。（薩米）

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