本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察（icbank）”，作者/杜芹DQ。
要發(fā)展SiC，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的多個(gè)領(lǐng)域必須無(wú)縫地結(jié)合在一起，以協(xié)同達(dá)到大規(guī)模具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的SiC功率器件制造的頂峰。目前韓國(guó)正在進(jìn)行大量投資，各SiC器件生產(chǎn)商、IDM、純代工廠、設(shè)備制造商，乃至大學(xué)、研究院所齊出力，共同開(kāi)發(fā)SiC。
近日，韓國(guó)30家本土半導(dǎo)體企業(yè)以及大學(xué)和研究所將于4月14日組建碳化硅產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，以應(yīng)對(duì)急速增長(zhǎng)的碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鎵（Ga2O3）等寬禁帶半導(dǎo)體所引領(lǐng)的新型功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，從而形成韓國(guó)本土碳化硅生態(tài)圈。據(jù)悉，聯(lián)盟內(nèi)的30家韓國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)將共同參與材料、零部件、設(shè)備用功率半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)，培育與碳化硅半導(dǎo)體相關(guān)的材料、零部件和設(shè)備企業(yè)的發(fā)展。那么韓國(guó)在SiC領(lǐng)域的儲(chǔ)備和配套如何呢？
SiC產(chǎn)業(yè)鏈
SiC的產(chǎn)業(yè)鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測(cè)等環(huán)節(jié)構(gòu)成。
在這些環(huán)節(jié)中，SiC襯底是發(fā)展SiC的關(guān)鍵。襯底是將高純度多晶SiC粉末經(jīng)過(guò)升華、晶體生長(zhǎng)、切割、研磨、清洗等過(guò)程制造而成的晶圓，為薄片形態(tài)。為使材料能滿(mǎn)足不同芯片的功能要求，需要制備電學(xué)性能不同的SiC襯底，主要是兩種：低電阻率的導(dǎo)電型SiC襯底，和高電阻率的半絕緣型SiC襯底。
但襯底是不能直接拿來(lái)制造大功率和高壓高頻器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類(lèi)器件。在拋光晶圓上采用真空蒸發(fā)的方式形成幾微米厚度的新的碳化硅單晶層，這就是外延片。幾乎所有SiC功率器件的制備均是基于高質(zhì)量SiC外延片，外延技術(shù)對(duì)于碳化硅器件性能的充分發(fā)揮具有決定性的作用。
在導(dǎo)電型SiC襯底上生長(zhǎng)SiC外延層制得的SiC外延片，可進(jìn)一步制成功率器件，功率器件是電力電子行業(yè)的重要基礎(chǔ)元器件之一，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化和電路控制等領(lǐng)域。在半絕緣型SiC襯底上生長(zhǎng)氮化鎵外延層制得的SiC基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，微波射頻器件是實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送和接收的基礎(chǔ)部件，是無(wú)線(xiàn)通訊的核心，主要包括射頻開(kāi)關(guān)、LNA、功率放大器、濾波器等器件。
接下來(lái)的流程就跟硅基半導(dǎo)體類(lèi)似，進(jìn)行制造、封測(cè)到最終出來(lái)各種各樣的SiC器件。
韓國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)鏈布局情況
在襯底領(lǐng)域，韓國(guó)的SK Siltron是主要的SiC襯底廠家。2021年2月，SK Siltron宣布已開(kāi)始生產(chǎn)少量的碳化硅襯底晶片。據(jù)日媒《亞洲經(jīng)濟(jì)》2月16日?qǐng)?bào)道，韓國(guó)SK Siltron正在擴(kuò)建韓國(guó)龜尾2廠，以生產(chǎn)碳化硅晶圓。
SK Siltron在慶尚北道龜尾的晶圓廠
除了韓國(guó)本部，SK Siltron在美國(guó)也有兩家晶圓廠。最近，SK Siltron表示將在未來(lái)5年內(nèi)，在美國(guó)投資約38.42億人民幣，以擴(kuò)大美國(guó)碳化硅晶圓生產(chǎn)規(guī)模。2019年9月SK Siltron以28.5億人民幣收購(gòu)了杜邦SiC晶圓事業(yè)部。今年3月份，SK siltron在美國(guó)密歇根州貝城建設(shè)的碳化硅(SiC)半導(dǎo)體晶圓制造工廠(fab)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，主要生產(chǎn)6英寸SiC襯底，該工廠將響應(yīng)ST和英飛凌等當(dāng)?shù)仄?chē)半導(dǎo)體的需求。預(yù)計(jì)晶圓年產(chǎn)量在6萬(wàn)片左右。此外，去年下半年，SK siltron還買(mǎi)了一塊另一家工廠，該工廠將生產(chǎn)碳化硅晶圓的基礎(chǔ)材料，即錠和晶圓。
1月7日，碳化硅襯底公司Scenic簽訂了潔凈室建設(shè)合同，準(zhǔn)備量產(chǎn)SiC晶片，工期至2022年2月28日結(jié)束。Scenic公司的前身是SKC集團(tuán)的碳化硅子公司，于2004年成立，當(dāng)時(shí)是韓國(guó)唯一的碳化硅襯底公司，目前成功開(kāi)發(fā)2英寸至6英寸碳化硅晶圓。Scenic計(jì)劃將通過(guò)IPO籌集的大部分資金用于加強(qiáng)6英寸碳化硅晶圓技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)建設(shè)施，目標(biāo)是在2023年底前完成包括現(xiàn)代汽車(chē)公司在內(nèi)的主要客戶(hù)的產(chǎn)品認(rèn)證，預(yù)計(jì)從2024年開(kāi)始正式銷(xiāo)售。
此外鋼鐵公司POSCO過(guò)去投入了10年時(shí)間開(kāi)發(fā)SiC單晶，目前POSCO正在開(kāi)發(fā)接近商業(yè)150mm和100mm SiC襯底技術(shù)。
外延片方面，2021年12月，LX Semicon收購(gòu)了LG Innotek的SiC半導(dǎo)體有形資產(chǎn)（設(shè)備）和無(wú)形資產(chǎn)（專(zhuān)利），宣布進(jìn)軍SiC半導(dǎo)體領(lǐng)域。LX Semicon是韓國(guó)最大的Fabless企業(yè)，也是LG集團(tuán)控股公司“LX控股”旗下5家關(guān)聯(lián)公司之一，原名是Siliconworks。作為國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，LG Innotek的SiC元件項(xiàng)目自2019年開(kāi)始發(fā)展，擁有一定的技術(shù)儲(chǔ)備。如今，LG Innotek將晶圓、器件等SiC材料和相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)讓給LX Semicon。據(jù)韓媒的報(bào)道，預(yù)計(jì)LX Semicon也將開(kāi)發(fā)8英寸SiC半導(dǎo)體材料及元件。就材料來(lái)說(shuō)，LX Semicon開(kāi)發(fā)SiC外延片的可能性很大。
在SiC生產(chǎn)材料方面，HANA Materials公司主要生產(chǎn)電極之間的陽(yáng)極材料(電流通過(guò)半導(dǎo)體的部分)和半導(dǎo)體蝕刻過(guò)程中環(huán)繞圓形硅晶圓的硅環(huán)。他們也用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)制造SiC涂層產(chǎn)品（Coating）和專(zhuān)門(mén)的CVD方法生產(chǎn)SiC環(huán)（Ring）產(chǎn)品。該公司成立于2007年，2013年該公司建設(shè)了SiC的生產(chǎn)線(xiàn)。
SiC涂層
CVD-SiC環(huán)
SKC Solmics成立于1995年，是韓國(guó)精細(xì)陶瓷的先驅(qū)。公司生產(chǎn)氧化鋁和硅、碳化硅、石英等精細(xì)陶瓷產(chǎn)品。在SiC方面，SKC solmics正在開(kāi)發(fā)用于半導(dǎo)體低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)工藝的tubes和boats alc tartar產(chǎn)品。其中boat產(chǎn)品是在熱氧化擴(kuò)散CVD工藝中，用于將晶圓運(yùn)送到下一道工序的容器形產(chǎn)品；tube是在熱氧化擴(kuò)散CVD過(guò)程中覆蓋船型產(chǎn)品。采用高純度氣流響應(yīng)燒結(jié)法生產(chǎn)，可進(jìn)行300mm晶圓熱處理，具有高純度和優(yōu)異的耐熱性。目前，用于擴(kuò)散工藝和LP-CVD工藝的碳化硅產(chǎn)品均為進(jìn)口產(chǎn)品。因此，預(yù)計(jì)大規(guī)模制造可以隨著新的銷(xiāo)售而實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代效應(yīng)。
在SiC器件領(lǐng)域，TRinno Technology公司主要生產(chǎn)SiC JBS以及SiC MOSFET，2021年12月20日，韓國(guó)iA集團(tuán)子公司TRinno Technology負(fù)責(zé)人透露，他們考慮在中國(guó)為SiC半導(dǎo)體建一條新生產(chǎn)線(xiàn)，主要用于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。TRinno正在尋求向韓國(guó)汽車(chē)制造商供應(yīng)SiC半導(dǎo)體，目標(biāo)是在2022年下半年將SiC應(yīng)用到汽車(chē)上。TRinno Technology正在評(píng)估其在下半年將其SiC半導(dǎo)體應(yīng)用于量產(chǎn)汽車(chē)的電子部件的目標(biāo)。
Yes Power Technix（YPT）是一家專(zhuān)業(yè)化的SiC IDM公司，該公司成立于2017年。YPT既生產(chǎn)生產(chǎn)600-1200V的碳化硅肖特基二極管和1200 V的碳化硅mosfet，還提供SiC代工服務(wù)，包括設(shè)計(jì)和定制工藝開(kāi)發(fā)。目前具有4英寸SiC生產(chǎn)能力，月產(chǎn)能1500片。2021年1月，SK集團(tuán)向該公司投資了268億韓元，Yes Power將建設(shè)新的6英寸SiC工廠，預(yù)計(jì)到2022年將SiC功率器件的產(chǎn)量翻一番。
韓國(guó)車(chē)企也加入了自研SiC的大軍。2021年9月，據(jù)《首爾經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)計(jì)劃在內(nèi)部開(kāi)發(fā)以SiC技術(shù)為基礎(chǔ)的功率芯片，將被應(yīng)用到2022年第二季度推出的一款新車(chē)上，也就是電動(dòng)汽車(chē)Ioniq 6。
在SiC設(shè)備方面，韓國(guó)的STI是一家主要研發(fā)半導(dǎo)體石英玻璃電爐、SiC半導(dǎo)體生長(zhǎng)爐等設(shè)備的設(shè)備公司。目前STI自主研發(fā)了SiC PVT生長(zhǎng)爐，成功的開(kāi)發(fā)出純度為99.9998%的5N級(jí)錠粉，實(shí)現(xiàn)了韓國(guó)關(guān)鍵半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)錠粉的本地化。
STI的SiC PVT生長(zhǎng)爐
生產(chǎn)處的SiC錠
代工廠方面，東部高科是一家代工公司，主要代工產(chǎn)品有MCU、顯示驅(qū)動(dòng)芯片（DDI）和圖像傳感器（CIS）等半導(dǎo)體。特別是主要生產(chǎn)Si DDI、MCU、CIS。2021年11月，東部高科（DB HiTek）宣布進(jìn)軍功率半導(dǎo)體，押注SiC和GaN。DB HiTek通過(guò)最大化現(xiàn)有忠北工廠的場(chǎng)地來(lái)應(yīng)對(duì)其生產(chǎn)能力。預(yù)計(jì)將利用Si半導(dǎo)體設(shè)備或增加一些新的SiC半導(dǎo)體設(shè)備。DB HiTek計(jì)劃借此機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)向綜合性系統(tǒng)半導(dǎo)體公司的目標(biāo)發(fā)展。
韓國(guó)的RFsemi此前主要提供從ECM芯片、TVS二極管、MEMS MIC和LED燈的設(shè)計(jì)到制造的服務(wù)。據(jù)韓媒的報(bào)道，RF Sem拿下了全球60%的電子電容麥克風(fēng)（ECM）芯片產(chǎn)能。目前RFsemi正將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到SiC代工業(yè)務(wù)，2021年10月，RFsemi宣布它已開(kāi)始為韓國(guó)客戶(hù)生產(chǎn)和供應(yīng)碳化硅(SiC)電源管理IC。目前其6英寸晶圓廠的產(chǎn)能為每月6,000片晶圓。
韓國(guó)科研院所的支持
除了各企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈在SiC上的奮進(jìn)，韓國(guó)的高校如嘉泉大學(xué)、光云大學(xué)和國(guó)民大學(xué)，以及一些科研院所等也將支持SiC的技術(shù)研發(fā)。
韓國(guó)電氣技術(shù)研究院(KERI，The Korea Electrotechnology Research Institute)是由政府出資的非營(yíng)利研究機(jī)構(gòu)。韓國(guó)電力研究院通過(guò)主導(dǎo)電力和公用事業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)工作來(lái)推進(jìn)科學(xué)技術(shù)，并在韓國(guó)SiC電力電子研究中發(fā)揮核心作用。它已經(jīng)開(kāi)發(fā)了SiC二極管和MOSFET技術(shù)，其中一些已經(jīng)轉(zhuǎn)移到其工業(yè)合作伙伴。
今年2月10日，韓國(guó)原子能研究院（KERI）宣布，他們已開(kāi)發(fā)出一種可以大批量實(shí)現(xiàn)碳化硅晶片摻雜的技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)，KAERI已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)可以同時(shí)對(duì)1000片4英寸碳化硅晶圓進(jìn)行摻雜的設(shè)備。KAERI的目標(biāo)是到2023年，真正實(shí)現(xiàn)碳化硅功率半導(dǎo)體NTD摻雜的商業(yè)化。”
韓國(guó)陶瓷工程技術(shù)研究所，電子和通信研究所，國(guó)家納米材料技術(shù)研究所也是韓國(guó)碳化硅基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，他們?cè)谔蓟鑶尉L(zhǎng)和碳化硅MOSFET制造技術(shù)方面的技術(shù)上的成就也得到了相關(guān)的認(rèn)可。
結(jié)語(yǔ)
從硅到碳化硅的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)不再是能否發(fā)生與何時(shí)發(fā)生的問(wèn)題，SiC必將開(kāi)啟一個(gè)新時(shí)代，各國(guó)已經(jīng)紛紛意識(shí)到如此。目前來(lái)看，韓國(guó)的在SiC方面的整體實(shí)力較歐美還相對(duì)較低，但韓國(guó)已經(jīng)開(kāi)始在快速應(yīng)對(duì)SiC的到來(lái)，大力完善SiC的產(chǎn)業(yè)布局，強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以期搶奪更多的SiC市場(chǎng)。
