集微咨询：国内外SiC衬底发展现状浅析

来源：爱集微

集微咨询认为，新能源汽车市场对我国SiC产业的有效拉动成为行业各方关注焦点，国内新能源汽车SiC功率半导体市场也一定程度上引领全球SiC市场发展。

作者｜若冰 校对｜萨米

集微咨询（JW insights）认为：

- SiC产业链分为上中下游三个环节：上游包括衬底和外延片的制备；中游环节包括芯片、器件或模块的设计、制造和封测；下游环节则是终端应用。其中衬底的加工难度是最高的，它的价值量也是相对最大的，价值量占比中大概衬底会占到一半左右。

- 全球范围内看，半绝缘衬底和外延由4英寸向6英寸线转移，4英寸线3-5年逐渐淘汰；导电型衬底以6英寸为主，GREE已有8英寸样品出货，未来5年将达到量产标准。

- 国内主要半绝缘衬底集中在2-4英寸，导电型衬底从4英寸向6英寸在逐步过渡，6英寸衬底开始规模化生产或者开始建设产线，2-3年内会有大量产线实现量产，8英寸导电型衬底少数企业研发成功。

第三代半导体具备的耐高压、耐高温、低损耗等特性，符合当前功率半导体器件的应用需求。在相关领域由第三代半导体材料（碳化硅、氮化镓）替换第一代硅基材料，正有望成为一种长期趋势。

其中，碳化硅因其优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率，将是未来最被广泛使用的制作半导体芯片的基础材料。SiC器件/模块主要的应用领域是电力电子市场，包括轨道交通、光伏逆变器、新能源汽车以及消费类电子等。

根据 IHS Markit 数据，2019 年碳化硅（SiC）功率器件市场规模约6.1亿美元，受新能源汽车、5G技术应用的推广等领域快速崛起需求驱动，2025年碳化硅（SiC）功率器件的市场规模将达到30亿美元，年均复合增速达到30.4%。

技术方面：6英寸碳化硅衬底是主流，大尺寸是发展方向

SiC产业链分为上中下游三个环节：上游包括衬底和外延片的制备；中游环节包括芯片、器件或模块的设计、制造和封测；下游环节则是终端应用，其中衬底的难度是最高的，它的价值量也是相对最大的，价值量占比中衬底大概会占到一半左右。

与硅材料相比，以碳化硅晶片为衬底制造的半导体器件具备高功率、耐高压/高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于半导体功率器件和5G通讯等领域。

碳化硅衬底的尺寸主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）等规格，与硅晶圆类似，大尺寸的晶圆也是碳化硅衬底的发展方向。

目前，国内外主要企业集中生产4英寸、6英寸SiC衬底。从4英寸到6英寸，晶体的生长是最难破解的关键技术。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，边缘浪费越小，单位芯片成本越低。

碳化硅衬底依电阻率不同分为导电型和半绝缘型两类，分别外延沉积碳化硅和氮化镓后，用于功率器件和射频器件的制作。

导电型SiC衬底材料方面，作为制造SiC功率半导体器件的基材，根据 Yole Development 统计，2017年4英寸导电型SiC晶圆市场接近10万片；6英寸导通型SiC晶圆供货约1.5万片；预计到2020年，4英寸导电型SiC晶圆的市场需求保持在10万片左右，单价将降低25%；6英寸导电型SiC晶圆的市场需求将超过8万片。

半绝缘型SiC衬底方面，当前主流半绝缘衬底的产品以4英寸为主。Yole Development预计，到2020年，4英寸半绝缘衬底的市场保持在4万片，而6英寸半绝缘衬底的市场迅速提升至4-5万片；2025-2030年，4英寸半绝缘衬底逐渐退出市场，而6英寸晶圆将增长至20万片。

集微咨询（JW insights）统计，近两年，从产业链看，国内签约落地的SiC产业相关项目主要是衬底项目占比44%，而主要建设的是6英寸衬底产线。其中，规划建设的8英寸产线相对比4英寸产线建设数量少。集微咨询（JW insights）认为，这是因为全球范围内看，衬底和外延由4英寸向6英寸转移，4英寸3-5年逐渐淘汰。

市场格局：国外碳化硅衬底厂商“独大”，科锐、贰陆主导

不管是导电型SiC衬底还是半绝缘型SiC衬底市场，都被美国科锐（CREE）、贰陆公司（II-VI）占据主导地位。

导电型SiC衬底厂商主要有美国科锐（CREE）、贰陆公司（II-VI）、道康宁（Dow Corning），德国SiCrystal（被日本罗姆Rohm收购）等公司，国内企业天科合达、山东天岳市占率较低，天科合达招股书、Yole数据显示，科锐（CREE）占据导电型SiC衬底市场62%的份额。

但Yole Development统计，2019年天科合达的导电型碳化硅衬底的全球市场占有率为4.23%，相比2018年，说明国内在导电型SiC衬底方面一定程度上正加速缩小与国外厂商的差距。

半绝缘型SiC衬底方面，2020年美国科锐（CREE）、贰陆公司（II-VI）依旧合计占据近70%的市场份额，但山东天岳市占率相对来说较大。

整体来看，美国科锐（CREE）、贰陆公司（II-VI）已实现 6 英寸衬底规模化供应，已经率先成功研发及投资建设8英寸衬底产线。集微咨询（JW insights）认为，二者将早于国内企业量产8英寸衬底。

国内企业天科合达、山东天岳和同光晶体等，导电型衬底已经实现 4 英寸衬底商业化，逐步向6英寸发展，并且完成了6英寸导电性碳化硅衬底的研发。而中电科装备研制出6英寸半绝缘SiC衬底；天通股份的导电型SiC衬底处于研发阶段。

具体来看，目前，天科合达导电型碳化硅衬底产品主要以4英寸为主，6英寸尚未量产，在2020年1月天科合达启动8英寸衬底研发工作。

碳化硅衬底厂商天岳先进2015年实现了4英寸半绝缘型碳化硅衬底的量产能力，6英寸衬底预计2023年量产。

市场方面：新能源汽车拉动，碳化硅衬底市场规模将快速增长

据CASA Research数据显示，2021年国内新能源汽车SiC功率半导体市场规模（含充电桩）约为31.2亿元，到2026年市场规模将达到193.6亿元，年均复合增长率44%。

受益新能源汽车的放量和5G建设应用的推广，碳化硅衬底材料市场规模有望实现快速增长。

根据Yole Development统计，碳化硅衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美元增长到2024年的11亿美元，复合增速达44%。按照该复合增速，2027年碳化硅衬底材料市场规模将达到约33亿美元。

国内外厂商已经在抓紧全产业链布局碳化硅器件制造产线，而近期从晶圆产线建设布局来看，电动汽车所用的碳化硅功率需求因素拉动突显。

据CASA不完全统计，2020年国内投产3条6英寸SiC晶圆产线，截至2020年底，国内至少已有8条6英寸SiC晶圆制造产线（包括中试线），另有约10条SiC生产线正在建设。

8月5日，富士康旗下鸿海收购旺宏的6英寸晶圆厂，董事长刘扬伟直言，计划将该厂用于研发生产第三代半导体，特别是电动汽车所用的碳化硅功率元件。

7月27日，意法半导体宣布，制造出业界首批8英寸SiC晶圆片。据悉，SiC晶圆升级到200mm属于意法半导体正在执行的SiC衬底建新厂和内部采购SiC衬底占比超40%的生产计划。

早在2019年10月，科锐就宣布成功完成了首批200mm SiC晶圆样品的制备。据悉，科锐位于纽约Marcy的200mm SiC晶圆工厂已于2020年2月开工，预计将在2022年启用生产，将聚焦车规级产品。

集微咨询（JW insights）认为，新能源汽车市场对我国SiC产业的有效拉动成为行业各方关注焦点，国内新能源汽车SiC功率半导体市场也一定程度上引领全球SiC市场发展。

总结

集微咨询（JW insights）认为，6英寸衬底在较长时间成为主流，但国内厂商距离量产还有一定时间，应紧抓时间窗口；工艺对比国外厂商仍有较大差距，国内衬底企业生产良率尚不及科锐(CREE)等国际大厂，但是长期看大尺寸是趋势。

未来随着6英寸衬底、外延晶片等整体产业链质量提高，优化产能，8英寸产线实现规模化生产，降本效应有望显现，推进碳化硅器件和模块普及。