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(chǎng)啟動(dòng)。功率半導體大廠(chǎng)英飛凌于8月8日宣布，已正式啟動(dòng)位于馬來(lái)西亞新晶圓廠(chǎng)的第一階段，該晶圓廠(chǎng)將成為全球最大、最具競爭力的200毫米（8英寸）碳化硅(SiC)功率半導體晶圓廠(chǎng)，預計2025年開(kāi)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英寸轉型升級是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。業(yè)界人士稱(chēng)，預計從2026年至2027年開(kāi)始，現在的6英寸碳化硅產(chǎn)品都將被8英寸產(chǎn)品替代。

當前來(lái)看，第三代半導體碳化硅加速邁進(jìn)8英寸時(shí)代，并引得“天下群雄”踴躍進(jìn)軍。據全球半導體觀(guān)察不完全統計，英飛凌、Wolfspeed、安森美、意法半導體、羅姆等大廠(chǎng)早早“卷”進(jìn)了8英寸碳化硅賽場(chǎng)。

圖表來(lái)源：全球半導體觀(guān)察制表

一、SiC邁入8英寸時(shí)代，五大廠(chǎng)落子情況

從地區來(lái)看，英飛凌工廠(chǎng)主要布局在馬來(lái)西亞、德國，意法半導體則在意大利、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(chǎng)旗下工廠(chǎng)基本可以轉為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(lái)看，英飛凌馬來(lái)西亞居林三廠(chǎng)預計2024年底開(kāi)始生產(chǎn)，2025年量產(chǎn)，2027年全面轉向8英寸晶圓；意法半導體意大利新廠(chǎng)和中國重慶合資廠(chǎng)在2025年基本可以過(guò)渡到8英寸碳化硅晶圓，而意大利新廠(chǎng)預計2026年生產(chǎn)，2033年滿(mǎn)產(chǎn)；Wolfspeed部分工廠(chǎng)已量產(chǎn)，德國新工廠(chǎng)預計2027年開(kāi)始投產(chǎn)，2030年滿(mǎn)產(chǎn)；安森美韓國富川廠(chǎng)在2025年過(guò)渡到8英寸碳化硅晶圓，預計2025年投產(chǎn)；羅姆日本宮崎第二工廠(chǎng)將導入8英寸碳化硅晶圓產(chǎn)線(xiàn)，預計2024年投產(chǎn)。

此外，值得一提是，自莫霍克谷工廠(chǎng)啟用后，Wolfspeed成為了當時(shí)能夠量產(chǎn)8英寸碳化硅的唯一廠(chǎng)商，并且這一狀態(tài)維持了許久。不過(guò)，目前安森美正在加速8英寸碳化硅建設馬力，或將在明年打破Wolfspeed獨占鰲頭的局面。據業(yè)界消息，安森美計劃在今年晚些時(shí)候對8英寸碳化硅（SiC）晶圓進(jìn)行認證，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(chǎng)的首家，只是二者均未透露具體產(chǎn)能計劃。

01
英飛凌：馬來(lái)西亞+德國

英飛凌馬來(lái)西亞新晶圓廠(chǎng)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50億歐元，將打造全球最大、最高效的200毫米SiC功率晶圓廠(chǎng)。

馬來(lái)西亞居林廠(chǎng)
圖片來(lái)源：英飛凌

英飛凌指出，馬來(lái)西亞居林高科技園區第三廠(chǎng)區一期從動(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。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50億歐元的設計訂單，并已從現有和新客戶(hù)那里收到約10億歐元的預付款，用于持續擴建居林3號工廠(chǎng)。據悉，這些設計訂單包括汽車(chē)行業(yè)的六家OEM以及可再生能源和工業(yè)領(lǐng)域的客戶(hù)，其中，汽車(chē)領(lǐng)域客戶(hù)涉及福特、上汽和奇瑞等，新能源領(lǐng)域客戶(hù)涉及SolarEdge和中國三大領(lǐng)先的光伏和儲能系統公司等。

圖片來(lái)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，該公司正在持續推進(jìn)奧地利菲拉赫的硅晶圓工廠(chǎng)進(jìn)行改造，計劃將6英寸和8英寸的硅晶圓生產(chǎn)線(xiàn)轉變?yōu)樘蓟韬偷壠骷纳a(chǎn)線(xiàn)。

英飛凌大張旗鼓地擴張碳化硅產(chǎn)能，旨在2030年之前占據全球30%市場(chǎng)份額，該公司預計到2027年，產(chǎn)能將增長(cháng)10倍。

02
意法半導體：意大利+中國重慶

意法半導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/地區設立了14個(gè)主要制造基地。其中有7個(gè)為晶圓制造工廠(chǎng)（前端），其余7個(gè)則為組裝和測試工廠(chǎng)（后端）。

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

意大利：2024年5月，意法半導體計劃在意大利南部西西里大區卡塔尼亞（Catania）投資50億歐元，建造全球首個(gè)綜合碳化硅晶圓工廠(chǎng)。該工廠(chǎng)以8英寸工藝為基礎，預計2026年開(kāi)始生產(chǎn)，并實(shí)現首創(chuàng )的8英寸SiC晶圓量產(chǎn)，到2033年達到滿(mǎn)負荷生產(chǎn)，滿(mǎn)負荷生產(chǎn)時(shí)每周可生產(chǎn)多達1.5萬(wàn)片晶圓。

該計劃于2024年5月底獲得了歐盟委員會(huì )的批準。歐盟委員會(huì )的一份聲明稱(chēng)，卡塔尼亞工廠(chǎng)將有助于扭轉過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口設備的趨勢，這些設備與歐洲數字化和綠色轉型目標尤其相關(guān)，并批準了意大利提供的20億歐元援助。

意大利卡塔尼亞新廠(chǎng)分布圖
圖片來(lái)源：意法半導體官網(wǎng)

中國重慶：2023年6月，意法半導體與三安光電計劃投資32億美元，在中國重慶“霧都”共同建設一座新的8英寸碳化硅器件合資制造工廠(chǎng)。此外，三安光電還將利用自研的碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營(yíng)一個(gè)新的8英寸碳化硅襯底制造廠(chǎng)。

重慶三安意法SiC項目總規劃投資約300億元人民幣，項目達產(chǎn)后將建成全國首條8英寸SiC襯底和晶圓制造線(xiàn)，具備年產(chǎn)48萬(wàn)片8英寸SiC襯底、車(chē)規級MOSFET功率芯片的制造能力，預計營(yíng)收將達170億人民幣。近日，重慶三安半導體SiC襯底工廠(chǎng)完成了主設備的入場(chǎng)。

意法半導體目標是到2024年，實(shí)現40%碳化硅襯底自給。另?yè)n媒6月報道，英飛凌將從2025年第三季度將其碳化硅功率半導體生產(chǎn)工藝從6英寸升級為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(chǎng)商。Wolfspeed在美國紐約州布局的莫霍克谷（Mohawk Valley）SiC晶圓廠(chǎng)已于2022年4月開(kāi)業(yè)，目前2024年7月達到20%的晶圓開(kāi)工利用率，產(chǎn)能提升將持續到2027年。Wolfspeed的10號樓碳化硅材料（Building 10 Materials）工廠(chǎng)已實(shí)現其8英寸晶圓的生產(chǎn)目標，預計到2024年底，可支持莫霍克谷工廠(chǎng)約25%的晶圓開(kāi)工利用率。

據介紹，莫霍克谷工廠(chǎng)是世界上第一家專(zhuān)門(mén)建造的全自動(dòng)8英寸碳化硅工廠(chǎng)，與Wolfspeed市場(chǎng)領(lǐng)先的200毫米材料生產(chǎn)相結合，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(chǎng)
圖片來(lái)源：Wolfspeed

Wolfspeed于2022年9月，將在美國北卡羅來(lái)納州錫勒市查塔姆縣（(Chatham County)）建設John Palmour碳化硅制造中心（“JP”），計劃投資預計13億美元（近90億人民幣），項目一期工程預計2024年完成。新工廠(chǎng)毗鄰其現有的達勒姆(Durham)材料工廠(chǎng)，新工廠(chǎng)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(chǎng)，預期在2025年夏季之前向莫霍克谷交付晶圓。

Wolfspeed當時(shí)表示，在2024年至本十年結束之前，公司根據需求擴大額外產(chǎn)能，預計最終目標445億元，建成超過(guò)100萬(wàn)平方英尺的工廠(chǎng)。

John Palmour碳化硅制造中心
圖片來(lái)源：Wolfspeed

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

隨著(zhù)8英寸碳化硅需求穩步上升，Wolfspeed于2023年2月初宣布，聯(lián)合德國汽車(chē)供應商巨頭采埃孚，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(chǎng)。該晶圓廠(chǎng)占地35英畝，計劃2027年投產(chǎn)，2030年滿(mǎn)產(chǎn)。不過(guò)，近期有消息稱(chēng)，Wolfspeed推遲了德國工廠(chǎng)的計劃。資金方面，該工廠(chǎng)預計耗資約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）的補貼。據悉，Wolfspeed還在申請《歐洲芯片法案》的資金援助。

待德國薩爾州工廠(chǎng)建成后，將與莫霍克谷SiC晶圓廠(chǎng)、北卡羅來(lái)納州John Palmour碳化硅制造中心一同成為Wolfspeed公司65億美元產(chǎn)能擴張計劃的重要組成部分，并且這三座工廠(chǎng)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半導體芯片
圖片來(lái)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(chǎng)。該工廠(chǎng)已于2023年10月完成擴建，并于2024年正式運行，目前富川SiC生產(chǎn)線(xiàn)主力生產(chǎn)6英寸晶圓，計劃在2025年完成相關(guān)技術(shù)驗證后，將轉為生產(chǎn)8英寸晶圓，工廠(chǎng)滿(mǎn)載時(shí)，可生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)片8英寸SiC晶圓/年。該公司近日透露，預計2024年產(chǎn)能為2023年的1.7倍；2026年產(chǎn)能規劃約為80萬(wàn)片。

近年來(lái)，安森美SiC業(yè)務(wù)進(jìn)展迅速，據TrendForce集邦咨詢(xún)指出，這主要歸功于其車(chē)用EliteSiC系列產(chǎn)品。自完成對GTAT收購后，目前onsemi的SiC襯底材料自給率已超過(guò)50%，隨著(zhù)內部材料產(chǎn)能的提升，公司正在朝著(zhù)毛利率達到50%的目標前進(jìn)。

圖片來(lái)源：安森美

據外媒報道，安森美計劃于今年晚些時(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行官Hassane El-Khoury本月初表示，公司仍然按計劃推進(jìn)，今年將完成8英寸晶圓的認證，這包括從襯底到晶圓廠(chǎng)的整個(gè)流程。他強調，公司繼續加強其在汽車(chē)領(lǐng)域的碳化硅地位，同時(shí)與歐洲、北美和中國的領(lǐng)先全球原始設備制造商（OEM）一起擴大生產(chǎn)。

此外，工業(yè)材料供應商Entegris近日宣布，已與芯片制造商安森美半導體達成長(cháng)期供應協(xié)議，提供制造碳化硅（SiC）半導體的技術(shù)解決方案。Entegris的產(chǎn)品之一化學(xué)機械平坦化(CMP)，正是芯片制造過(guò)程中用于去除硅晶片表面不規則性的關(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(chǎng)，即藍碧石半導體宮崎第二工廠(chǎng)，生產(chǎn)8英寸SiC襯底，主要供該公司內部使用，預計將于2024年開(kāi)始投產(chǎn)。

宮崎第二工廠(chǎng)
圖片來(lái)源：羅姆官網(wǎng)

宮崎第二工廠(chǎng)原本是出光興產(chǎn)子公司太陽(yáng)能前線(xiàn)（Solar Frontier）的原國富工廠(chǎng)，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(yáng)能前線(xiàn)就收購該公司原國富工廠(chǎng)資產(chǎn)事宜達成基本協(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功率半導體生產(chǎn)基地，分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠(chǎng)、長(cháng)濱工廠(chǎng)以及宮崎第一工廠(chǎng)。而此次該工廠(chǎng)將成為羅姆在日本最大規模的SiC功率半導體生產(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）是第三代半導體代表產(chǎn)品之一，應用在電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領(lǐng)域。相比傳統的Si半導體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導率、近10倍的擊穿場(chǎng)強、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）參數對比表格
圖片來(lái)源：qorvo官網(wǎng)

近年來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)電動(dòng)化浪潮來(lái)襲，汽車(chē)生產(chǎn)用半導體的數量有所增加，SiC功率半導體需求日漸增長(cháng)。業(yè)界數據顯示，就電動(dòng)汽車(chē)而言，使用SiC功率半導體時(shí)，行駛里程可以增加18~20%，預計未來(lái)汽車(chē)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用在汽車(chē)領(lǐng)域的主逆變器，包括OBC、DC、車(chē)外的充電樁等領(lǐng)域。TrendForce集邦咨詢(xún)指出，值得注意的是，在一些非汽車(chē)的市場(chǎng)，其實(shí)碳化硅的市場(chǎng)也非常值得關(guān)注，如工業(yè)領(lǐng)域的光伏、儲能。還有像目前AI浪潮推動(dòng)的服務(wù)器領(lǐng)域，其實(shí)隨著(zhù)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)也對碳化硅提出了新的需求。

xEV應用中經(jīng)常使用的功率半導體分布圖
圖片來(lái)源：Macnica官網(wǎng)

令供應端又喜又憂(yōu)的是，需求強烈意味著(zhù)市場(chǎng)蘊含著(zhù)更多機遇，但也不得不面對襯底材料短缺的問(wèn)題。SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環(huán)節形成，襯底在SiC器件成本中占比高達~45%。從生產(chǎn)環(huán)節來(lái)看，碳化硅隱含著(zhù)單晶生產(chǎn)周期長(cháng)、環(huán)境要求高、良率低等問(wèn)題，而碳化硅襯底的長(cháng)晶生產(chǎn)環(huán)節需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對溫場(chǎng)穩定性要求高，并且其生長(cháng)速度比硅材料有數量級的差異。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)。

面對市場(chǎng)需求的熱烈呼吁，碳化硅大廠(chǎng)不斷做出相應解決方案，為了降低單個(gè)器件的成本，進(jìn)一步擴大SiC襯底尺寸，在單個(gè)襯底上增加器件的數量是降低成本的主要途徑。從碳化硅尺寸發(fā)展來(lái)看，業(yè)界信息顯示，從4英寸升級到6英寸預計單片成本可降低50%，從6英寸到8英寸成本預計還能再降低35%，并且8英寸襯底能夠切出更多的芯片（預計可多切90%），邊緣浪費也會(huì )更低。

TrendForce集邦咨詢(xún)認為，碳化硅從6英寸升級到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)的芯片數量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉型，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。針對價(jià)格變化方面，TrendForce集邦咨詢(xún)分析師表示，特別是在這幾年間，隨著(zhù)中國廠(chǎng)商進(jìn)入到整個(gè)碳化硅市場(chǎng)競爭之中，更是加速了整個(gè)碳化硅市場(chǎng)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美金下滑到了當前的500美金左右。

此外，放眼全球格局，碳化硅市場(chǎng)仍由意法半導體（ST）、Wolfspeed、英飛凌（Infineon）、安森美(onsemi)、羅姆（ROHM）五大廠(chǎng)占據主導地位。據TrendForce集邦咨詢(xún)研究顯示，2023年全球SiC功率元件產(chǎn)業(yè)在純電動(dòng)汽車(chē)應用的驅動(dòng)下保持強勁成長(cháng)，前五大SiC功率元件供應商約占整體營(yíng)收91.9%，其中意法半導體以32.6%市占率持續領(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(chǎng)如火如荼，針對廠(chǎng)商們大舉擴產(chǎn)，搶抓市場(chǎng)機遇的舉動(dòng)，TrendForce集邦咨詢(xún)認為，瘋狂的產(chǎn)能擴張背后亦蘊藏著(zhù)價(jià)格和產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險，生產(chǎn)商們必須加以重視并積極調整應對。在此情況下，Infineon等IDM大廠(chǎng)在確保穩定的材料供應后，已將更多注意力轉移到元件、封裝和應用技術(shù)上，這是未來(lái)關(guān)鍵競爭力之所在。但總的來(lái)說(shuō)，SiC正處于一個(gè)快速成長(cháng)和高度競爭的市場(chǎng)，規模經(jīng)濟比任何其他因素更為重要。領(lǐng)先的IDM廠(chǎng)商紛紛一改過(guò)去保守、沉穩的戰略姿態(tài)，轉而激進(jìn)投資SiC擴張計劃，期望建立領(lǐng)導地位。

截至目前，除了上述提到的五家廠(chǎng)商之外，還有爍科晶體、南砂晶圓、天岳先進(jìn)、天科合達、乾晶半導體、科友半導體、三安光電等均發(fā)布8英寸襯底相關(guān)擴產(chǎn)計劃；環(huán)球晶圓、東尼電子、合盛硅業(yè)、天成半導體、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(lái)市場(chǎng)規模不斷擴大，SiC競賽選手不斷增加，賽場(chǎng)將愈發(fā)激烈。TrendForce集邦咨詢(xún)研究此前數據指出，8英寸的產(chǎn)品市占率不到2%，并預測2026年市場(chǎng)份額將成長(cháng)到15%左右。

展望SiC市場(chǎng)未來(lái)前景，TrendForce集邦咨詢(xún)研究表示，盡管純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）銷(xiāo)量增速的明顯放緩已經(jīng)開(kāi)始影響到SiC供應鏈，但作為未來(lái)電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向，SiC在汽車(chē)、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應用市場(chǎng)中仍然呈現加速滲透之勢，未來(lái)幾年整體市場(chǎng)需求將維持增長(cháng)態(tài)勢，預估至2028年，全球SiC功率器件市場(chǎng)規模有望上升至91.7億美元。