（文/程文智）這幾年第三代半導體產業發展得如火如荼，GaN器件在快充等消費類電子領域得到了廣泛的應用，碳化硅（SiC）器件則被汽車電子廠商委以重任。未來不論是800V高壓平臺，還是電機驅動器的效率提升，都需要SiC器件的深度參與。

但SiC器件的生產流程和生產工藝其實門檻還挺高的，一般來說，SiC生產流程主要涉及以下五個過程：

一是單晶生長，以高純硅粉和高純碳粉作為原材料形成SiC晶體；
二是襯底環節，SiC晶體經過切割、研磨、拋光、清洗等工序加工形成單晶薄片，也即半導體襯底材料；
三是外延片環節，通常使用化學氣相沉積（CVD）方法，在晶片上淀積一層單晶形成外延片；
四是晶圓加工，通過光刻、沉積、離子注入和金屬鈍化等前段工藝加工形成的碳化硅晶圓，經后段工藝可制成碳化硅芯片；
五是器件制造與封裝測試，所制造的電子電力器件及模組可通過驗證進入應用環節。

SiC產品從生產到應用的全流程歷時較長。以SiC功率器件為例，從單晶生長到形成襯底需要耗時1個月，從外延生長到晶圓前后段加工完成需要耗時6~12個月，從器件制造再到上車驗證更需要1~2年時間。對于SiC功率器件IDM廠商而言，從工業設計、應用等環節轉化為收入增長的周期非常之長，汽車行業一般需要4~5年。

SiC市場格局

由于SiC產業有一定的門檻，因此雖然國內投資很熱，但目前從中賺到錢的并不多。從全球產業布局來看，國際頭部企業通過調整業務領域、整合并購等方式正積極向上下游延伸、建立垂直集成平臺，大力完善產業布局，比如Wolfspeed和羅姆可提供從襯底到最終器件的整體解決方案；國內的企業則相對規模較小，各環節較為分散，例如天科合達、天岳先進等廠商專注于SiC襯底，東莞天域、瀚天天成等廠商則專注于外延片，華潤微、泰科天潤、揚杰科技、聞泰科技、士蘭微等廠商專注于器件制造。此外，三安集成和世紀金光等廠商目前已經形成了SiC垂直產業鏈布局。

在市場規模方面，SiC的規模2020 年全球SiC襯底市場規模約為2.08億美元，襯底企業以美國為主，Cree岀貨量占了全球45%。Yole預計2020~2026年的年復合增長率為36%，到2026年可達45億美元，其中主要驅動力是電動汽車市場快速爆發，驅動SiC功率器件市場急速增長。

2021年在國內碳中和，碳達峰政策的推動下，SiC產業崛起，替代趨勢明顯。國內SiC產業相對國外緩慢，但是由于國內政策扶持，2021年一個季度新增的SiC投資金額達到了2020年全年水平，到了前十年5倍的體量。現在，整個SiC產業在中國屬于增長前期，后面擴產完增量會比較快。

從產業鏈布局來看，前面我們有提到，SiC產品的生產流程大概有五個環節，國內企業在這些環節中的布局大概有，設備方面有北方華創，中微公司；襯底和外延方面，有天科合達，山東天岳，瀚天天成，東莞天域；產品設計方面，包括瑞能、士蘭微、中車時代、比亞迪。

國際和臺灣產業鏈來看，Wolfspeed和羅姆從襯底到封測都有涉及；IDM廠商有昭和電工、ii-vi、英飛凌等。

制造設備方面，SiC產品在制程上，與大部分Si環節相同，由于硬度高，需要高溫離子注入機，高溫退火等設備，高溫離子注入機是比較重要的設備；國內很多企業在做SiC的生長爐，華創、露笑。現在上游材料持領域，國內企業續加碼追趕國際企業，SiC襯底市場格局還是Cree的市場份額是最大的。

從成本分布來看，SiC襯底是最高的，占了47%；外延占23%；其他環節大概在30%左右。也就是說，襯底成本下降是提高SiC滲透率的決定因素。

根據市場調研機構的預估，4英寸的SiC晶圓將會逐步減少，國內從10萬片減少到5萬片；6英寸的SiC晶圓將會從8萬片增長到20萬片。比如，Cree計劃在2024年量產8英寸SiC晶圓，英飛凌計劃2025年量產8英寸SiC器件。

從器件環節來看，Yole預測，SiC器件應用空間將從2020年的6億美元，快速增至2030年的100億美元。面對廣闊的發展前景，國內各大器件產商積極擴產。另據CASA的數據，2020年底，國內至少已有8條6英寸SiC晶圓制造產線，另有約10條SiC生產線正在建設。三安光電、泰科天潤等主要企業已有相應產線，同時仍在積極擴建。總投資160億元的湖南三安半導體基地一期項目正式于2021年6月份投產，將打造國內首條、全球第三條SiC垂直整合產業鏈，計劃月產三萬片6寸SiC晶圓。泰科天潤的湖南項目于2019年年底正式開建，主要建設6英寸SiC基電力電子芯片生產線，滿產后可實現6萬片/年的6英寸SiC功率芯片。此外，比亞迪半導體、南京百識電子等企業也在建設產線。

國內外的現狀差距

國內的SiC相關廠商與國外相關企業仍然還有比較大的差距，從營收規模上來看，國內企業的體量相對都較小，不過目前國內企業在加速成長，營收規模在不斷提高。

從技術上來看，目前國產廠商仍然以4英寸晶圓為主，逐步向6英寸過渡，而海外廠商現在已經在以6英寸為主，開始過渡到8英寸了。

從技術參數上來看，雖然國產廠商已經具備一定的生產能力，但仍存在單晶性能一致性差、成品率低、成本高等問題，產能較低。

圖：海內外頭部企業產品參數對比

結語

整體來看，SiC產業的需求在快速增長，2021年，僅特斯拉一家的需求就可以笑話近50萬片6英寸襯底產能，國產SiC企業正在積極擴產、投入研發，隨著技術發展不斷成熟，未來市場格局中，國內企業有望占據大頭。

當然，目前SiC產業也面臨著一些問題，比如SiC產業目前沒有一個完整的供應體系，需要自己建造生長爐，這方面需要Know-how；另外SiC產業的人才數量也不多。這造成了SiC產業雖然有很多進入者，但能留到最后，并賺錢的企業可能不會多。