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“在内部产能扩建方面，我们投入了很多精力和财力。就前工序而言，80%的晶圆产能通过意法半导体内部资源完成， 20%的产能通过与合作伙伴合作获取外部资源完成。就后工序而言，意法半导体内部完成65%的封测工作，封测代工厂 (OSAT) 完成35%的封测工作。”近日，在意法半导体“半导体制造业务”媒体沟通会上，该公司执行副总裁、中国区总裁曹志平如是说。
意法半导体公司执行副总裁、中国区总裁曹志平
虽然一直了解意法半导体属于IDM有自建产能，但听到80%和65%这两个数字，笔者还是惊讶其自有产能的比例之高。目前我们可获取的数据显示，除了意法半导体，各大IDM包括德州仪器、ADI、英飞凌、Microchip、罗姆等都在加大投入不断扩张自有产能，其中德州仪器现有的自有晶圆产能占比也是80%左右，预计在2025年这一比例将提升到85%，ADI目前自有产能比例在45%左右，也在积极扩产。而在IDM的扩产计划中，尤以功率器件SiC出现的频次最高、投入最大。这背后是供应商对未来能源、汽车等领域对SiC器件需求增长的预判，而引领出一场围绕SiC供应链的资源争夺战，归结起来目前主要有两大趋势：
2023年，8英寸集中爆发
意法半导体一直在加速扩建碳化硅器件的产能。自2017年开始量产碳化硅器件，车规级碳化硅出货量突破一亿。就产能而言，相比2020年，在2022的产能增长了2.5倍以上，并且产能扩张还在继续进行中。目前，卡塔尼亚和新加坡两个工厂是其生产碳化硅器件的主要基地。位于中国深圳和摩洛哥布斯库拉的这两个工厂则负责碳化硅器件的封装和测试。
曹志平介绍，“目前我们专注于提高 8 英寸晶圆的内部研发能力，2021年7月，意法半导体宣布瑞典北雪平工厂制造出首批8英寸SiC晶圆片。目前，意法半导体正积极推进碳化硅晶圆产线从6英寸向8英寸转型，预计2023年量产8英寸碳化硅晶圆。”
主流SiC企业8英寸衬底量产时间表 与非网整理
从上面这份量产时间表可以看出，目前仅有Wolfspeed已经实现8英寸碳化硅量产，而大多数国际企业都将8英寸碳化硅衬底的量产节点定在2023年左右。
衬底、外延、设计、制造、模块全流程覆盖
SiC器件价值由三部分组成：1）SiC衬底，2）外延片（SiC或GaN），以及3）器件制造。相关供应链研究表明，SiC器件成本细分为：
1）上游SiC衬底30-50%，外延片约10%，
2）下游器件制造约20-30%，
3）剩余约20-30%的良率损失。
与硅器件相比，SiC器件中衬底的30-50%和20-30%的成本加权和良率损失是相当大的。值得注意的是，成本细分因应用（二极管与MOSFET）和MOSFET类型（平面型与沟槽型）而异，并且器件ASP和衬底成本加权之间存在不利关系，因此，它们以范围表示。由于未优化的量产良率和效率，上游材料是限制SiC渗透率的主要瓶颈。然而，对于制造SiC器件来说，提高良率和效率的挑战性较小，投资门槛也较低。
我们注意到，近几年SiC器件主要的几家国际供应商正逐渐补齐衬底版图，比如意法半导体收购了Norstel、罗姆收购了SiCrystal、安森美收购了GTAT。SiC衬底成为兵家必争之地，产业链垂直整合的趋势也愈发明显。
主流SiC企业的收购动态 图源：JP摩根
主流SiC企业的产品生态 与非网整理
除了意法半导体之外，目前同时拥有衬底、外延、设计、制造、模块全流程的供应商包括Wolfspeed、Coherent、安森美、罗姆、Sumitomo，以及中国的三安光电和比亚迪半导体。
曹志平表示，“众所周知，如今碳化硅的需求量很大，半导体行业很难提供足够的碳化硅。其中一个挑战就是来自衬底。因为我们知道，全球SiC衬底晶圆市场主要掌握在几家供应商手里，意法半导体不可能永远依赖外部提供衬底。因此，我们已制定计划并采取实际行动，将碳化硅衬底整合到碳化硅器件和技术的整个制造战略当中。我们的目标是到2024年实现40%以上碳化硅衬底的内部供应。”
相信这也是多家功率器件IDM企业选择全链路覆盖的重要原因，而围绕SiC功率器件的产品和市场之争也将扩展到从衬底、设计到制造的每个技术环节，对众多玩家而言将是一场全面的技术比拼。
就衬底技术而言，曹志平提到，“2022年12月，我们宣布将与Soitec合作开发碳化硅衬底制造技术，双方同意在未来的8英寸(200 毫米)SiC 衬底制造过程中引入将Soitec的SmartSiC技术。 目前，碳化硅衬底是从单晶碳化硅晶棒上切割下来的圆片，这种方法的缺点是单晶碳化晶棒很薄，只能获 得数量有限的晶片，成本居高不下。通过SmartSiC制造工艺，我们可以从晶棒上切下一层SiC，让后将它粘合到更容易获得、更容易生产的多晶碳化硅衬底上。换句话说，这个工艺是在多晶碳化硅衬底上掺杂单晶碳化硅层，单晶硅的优点是电阻率较低，性能更好。”
“我们将衬底整合到制造链，不仅是为了控制成本和产量，还是为了获得更好的良率。我们已经在进行8英寸升级，ST SiC AB工厂推出了首批内部用8英寸原型晶圆。然后，我们考虑在制造过程中引入特别是衬底制造、自动化和优化技术，这意味着我们的制造业务具有更大的灵活性，更好地跟随市场需求。”曹志平最后强调。
