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近年来，8英寸碳化硅晶圆线布局明显加快。据“行家说三代半”调研发现，截至2024年4月，全球已有20家企业正在或计划推进8吋SiC晶圆产线建设，其中有8个项目落地中国。
据测算，SiC晶圆从6英寸扩大到8英寸，SiC芯片产量可增加90%，在8英寸晶圆上制造的SiC MOSFET芯片成本有望降低54%，这将进一步加速碳化硅的大规模应用。
然而，8英寸SiC的大规模商业化和快速降本仍存在一系列技术难题，亟需衬底、外延、器件、设备和耗材等产业链上下游厂商的协作和创新。为此，“行家说三代半”策划了《8英寸SiC产业协同》系列访谈，希望能够遍访国内外碳化硅上下游企业，以特定主题推荐优秀碳化硅企业，传播碳化硅新技术。
本期主题是《全球8英寸碳化硅单晶衬底技术进展》，我们特邀了合盛新材、科友半导体、东尼电子、世纪金芯等多家衬底厂商进行调研采访，与他们共同探讨8英寸SiC衬底的发展进度、难点及突破口，以及未来6&8英寸切换的时间节点。
接下来，《8英寸SiC产业协同》采访SiC设备&石墨耗材、SiC外延、器件等上下游企业，请关注我们公众号，我们将为您最新的8英寸SiC技术进展。
29企业突破8英寸SiC研发，多家国内企业获得订单
据《2023碳化硅（SiC）产业调研白皮书》，目前全球已有29家碳化硅企业实现8英寸碳化硅单晶生长的突破。但是，目前8英寸碳化硅在单晶生长和衬底加工环节上仍面临难度大、成本高、良率低等问题，遏制了规模量产的进程。
在《8英寸SiC产业协同》访谈中，我们采访了众多的碳化硅企业，他们不仅率先在8英寸单晶衬底研发上实现了突破，而且在量产技术上也有新的建树。
据科友半导体透露，他们的8英寸碳化硅长晶良率达到60%左右，8英寸碳化硅衬底加工产线于2023年底调试完毕后，正陆续提升产能，按客户要求开展批量供货，国内外客户包括欧洲、韩国、中国台湾等地的第三代半导体知名企业
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其他国内厂商也获得了8英寸SiC衬底订单。东尼电子表示，他们目前也接到客户小批量样品订单并已陆续交付，根据需求预测，2024年总计完成9000~-10000片交付；未来，他们将根据下游以及市场的需求做对应调整，继续进行产能释放。
世纪金芯同样透露了订单及交付情况，据悉，他们的8英寸碳化硅衬底片已经与多家国内外客户完成多批次产品验证，正在与中国台湾、韩国客户进行产品验证，预计2024年下半年落成订单。此外，今年2月合肥工厂8英寸碳化硅加工线已正式贯通并进入小批量生产，预计2024年7月可实现批量生产交付。
对于8英寸SiC，合盛新材也已提前进行较大的产能布局。该公司负责人表示，他们正在研究突破高质量低成本的8英寸碳化硅衬底，预计在2年内将形成年产2万片8吋高质量SiC衬底，综合良率大于50%，突破欧美技术垄断，形成自有新质生产力；未来，他们将为国内、国际各大器件厂提供优质8寸衬底及外延产品，合作前景广阔，8英寸产能规划在20万片以上。
8英寸碳化硅规模量产难点：晶体良率、衬底切磨抛……
不难发现，部分国内厂商正在逐步释放8英寸碳化硅产能，但是，8英寸碳化硅要想实现更大规模生产还要面临诸多难题。
合盛新材认为，SiC晶体质量不稳定、厚度不足、生长速度慢，以及衬底的加工技术落后、出片率低、成本高，是碳化硅衬底材料发展与应用普遍的问题，而这些问题在8英寸碳化硅生产环节中更加凸显。
科友半导体也表示，从6英寸到8英寸，需要解决的问题包括高品质晶体制备，晶体粗加工环节易开裂、晶锭切割速度慢、切片良率低、衬底表面平坦度参数控制难等，需要衬底企业和上游设备及耗材供应企业通力合作，不断探索新的工艺技术。
针对8英寸碳化硅长晶环节，东尼电子透露，目前难点主要还是良率不高和一致性差，还需要优化工艺，以保持石墨热场的稳定性；此外，增加晶体厚度及提高良率也有利于实现降低成本。
世纪金芯还提到，在长晶环节中，高质量8英寸碳化硅籽晶的批量获取、籽晶装配的质量控制、适配大尺寸碳化硅生长的热场均匀性控制、长晶气氛传输控制等也是限制规模生产的难点，需要不断探索并解决。
另一方面，8英寸碳化硅衬底加工用时和成本也将大幅提高。合盛新材预测，8英寸切磨抛用时预计将增加3-5天，成本增加提高600元以上。东尼电子表示，这主要因为8英寸碳化硅衬底表面的WARP、BOW、TTV等指标相应加工条件需要更加精细，工艺设计难度更大，导致加工难度增大、加工周期增长。
科友半导体还认为，目前SiC晶锭切割环节是影响8英寸碳化硅成本和工时的关键环节，部分企业正在推动金刚线切割迭代，激光切割有望逐步渗透，而随着衬底加工产线工艺的进一步优化和良率提升，预计成本也将逐渐下降。
8英寸碳化硅降本增效技术：350μm、6&8兼容设备、耗材降本……
值得关注的是，合盛新材、科友半导体、东尼电子、世纪金芯等衬底厂商不断优化工艺技术，已经在8英寸碳化硅单晶生长及衬底质量上实现了关键突破，为其实现规模量产提供有力支撑。
现阶段，大部分8英寸SiC衬底的厚度达到500μm，而SiC晶锭厚度普遍在10mm左右，这无疑减少了SiC衬底片的产出量，推高了成本。为了降低成本以及更好地实现大规模化量产，国内企业已经着手做了大量工作。
针对衬底片厚度难题，东尼电子负责人透露，他们使用的电阻式长晶炉是6&8兼容的，可以在6寸的基础上更好地优化工艺参数，进行8寸晶体生长，而且该公司认为，电阻炉温度梯度更稳定，径向温差更小，更适合长大尺寸晶体。另外为了进一步降低成本，他们还研究设计了适宜8英寸晶体设备的加热器，再结合分段掺杂调控工艺等技术，可以大幅度提高8英寸碳化硅晶体的厚度和良率。
科友半导体的降本策略则是多维度的，据该公司透露，他们自主完成了6、8英寸感应式&电阻式晶体生长炉研发，并且拥有一系列大尺寸低成本国产化的碳化硅衬底全产业链自主制备技术，包括原料提纯、石墨涂层、籽晶处理、热场结构设计等，成功实现6、8英寸碳化硅衬底较行业主流企业成本低30%-40%以上。
目前，合盛新材也在逐步完善技术链自研体系，他们已经具备新型长晶技术、设备自研能力、重要辅料自供体系，正在研究并解决8吋晶体微管、位错、晶型、包裹，8吋晶体生长速度、厚度，以及通过激光加工8吋350um高质量衬底等问题，将进一步提高晶体质量、良率稳定性及衬底加工效率，同时降低成本。
世纪金芯表示他们也取得了多项技术突破，并将持续推动降本：一方面他们采用单晶迭代的方式生长出厚度＞10mm、无异晶、缺陷密度质量达到国内碳化硅生长技术前列的8英寸碳化硅单晶，同时在籽晶与生长托连接方面、热场的温度梯度、石墨材料、粉料制备等方面取得了重要的技术突破；另一方面，他们将利用高质量8英寸碳化硅籽晶的批量获取、自研的真空热压&长晶设备、先进的切割、打磨和抛光技术等技术实现降本增效。
8英寸转换大幅提前，单位成本未来将更低
目前，在碳化硅产业链的共同努力下，碳化硅芯片成本已经大幅下降，业界判断，随着8英寸碳化硅技术的不断成熟，6&8英寸的转换时机将大幅提前，8英寸碳化硅衬底市场将会快速发展，预计2027年将比6英寸更具竞争力。
科友半导体判断，美国8英寸碳化硅晶圆的批量生产预计将于2024年和2025年开始，届时行业领先的制造商将陆续投产。此后，8英寸碳化硅产量预计将迅速攀升，主要是要应对需求和价格压力（尤其是来自中端电动汽车原始设备制造商的需求和价格压力），以及尽早实现成本节约。
4-8英寸SiC衬底需求量分析
根据《2022碳化硅（SiC）产业调研白皮书》，6英寸导电型SiC衬底目前依旧是主流，但8英寸导电衬底在三年内将实现批量应用，预计2025年8英寸SiC衬底的将超越4英寸产品，市场需求逐渐增大。
现阶段，8英寸碳化硅仅实现小批量供货，从碳化硅产业长期发展来看，亟需快速解决8英寸碳化硅量产化和降本难题，以加快市场的快速发展，这需要整个产业链的协同合作和技术创新，欢迎更多的衬底、外延、器件、设备和材料等企业加入我们的《8英寸SiC产业协同》系列访谈，参与访谈请加许若冰微信：hangjiashuo999，更详细的调研结果我们将呈现在《2024碳化硅（SiC）产业调研白皮书》。
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