本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察

SiC的產業鏈主要由單晶襯底、外延、器件、製造和封測等環節構成。而在這其中，SiC襯底是發展SiC的關鍵。SiC襯底不僅佔功率元件成本比重高，且與產品質量密切相關。而且目前全球SiC市場的供給也牢牢把控在襯底廠商手裏，Cree、II-VI及Si-Crystal（Rohm旗下）合計佔據了90%的出貨量。為了製造SiC芯片，像安森美、英飛凌這樣的公司必須要向Wolfspeed採購SiC晶圓，但如今，越來越多的功率器件大户都紛紛向上遊的SiC襯底佈局，而“買買買”無疑成為他們的不二手段。

SiC器件廠商“買”進上游襯底鏈

正因為SiC襯底如此重要，SiC芯片廠商越來越想把控住上游的襯底供應，於是我們就接二連三的看到了收購的消息。安森美、羅姆、英飛凌以及意法半導體紛紛下手，買下不同的優質SiC襯底供應商。

就在11月1日，安森美宣佈已完成以4.15億美元對碳化硅(SiC)生產商GT Advanced Technologies（"GTAT"）的收購。GTAT專門從事各種晶體材料的生長，包括碳化硅。此舉將有助於減少安森美對Wolfspeed原材料的需求。

安森美表示，這筆交易將幫助其確保和增加製造碳化硅芯片的材料供應，並使其能夠更好地控制該技術。通過收購 GTAT，安森美將能夠涵蓋從SiC襯底到封裝的所有領域，到2022年底，其碳化硅收入的大部分將來自 GTAT。

安森美大約70%的芯片是自己生產的，它正在努力提升產能。但安森美認為，該公司至少要到2023年才能滿足汽車製造商的需求。安森美計劃投資擴大GTAT的製造設施，支持推進150mm和200mm SiC晶體生長技術的研發工作，同時還投資於更廣泛的 SiC 供應鏈，包括Fab產能和封裝。

在安森美之前，日本的羅姆是收購襯底產業鏈較早的企業。羅姆從2000年開始研究SiC，直到2009年通過收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal，真正有了實質性的進展。於2010年開始生產碳化硅肖特基勢壘二極管和碳化硅MOSFET，後來擴展到碳化硅功率模塊和溝槽碳化硅MOSFET。

SiCrystal成立於1996年，1997年第一批晶圓投入市場。從那時起，其發展迅速。後來於2000年與西門子擁有的SiC供應商 Freitronics Wafer GmbH & Co. KG 合併。此後就是被羅姆收購。據悉，SiCrystal或將於2022年開始生產SiC 晶圓。

英飛凌也是通過收購進入上游襯底的，2018年英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領域的新鋭公司Siltectra。Siltectra於 2010年在德國德累斯頓成立，公司團隊規模很小，但都是專家，是一家年輕的創新公司，專注於半導體材料的新分裂技術—冷分裂（COLD SPLIT）。英飛凌表示，得益於冷分裂技術，更多數量的 SiC 晶片將使我們的 SiC 產品的量產變得更加容易

與普通鋸切技術相比，Siltectra的冷分裂技術以最小的材料損失分割晶體材料。Siltectra專有工藝是一種高產量、低成本的晶圓加工和減薄技術，適用於SiC和砷化鎵以及氮化鎵、藍寶石和硅等襯底。基於激光的技術採用化學物理過程，該過程使用熱應力產生力，沿所需平面精確地分裂材料，並且幾乎不產生切口損失。“無切口損失”功能是冷分裂獨有的，具有突破性的優勢。與傳統的晶圓技術相比，它每塊晶錠可提取更多的晶圓，這會提高輸出。而且它還極大地降低了耗材成本。Siltectra稱其相比傳統工藝將提高90%的生產效率。

SILTECTRA™ 碳化硅晶片分裂工藝

關於英飛凌的收購，值得一提的是，2016年7月，英飛凌曾計劃以8.5億美元的現金收購Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業務部，當時還沒有改名。如果收購Wolfspeed後，英飛凌將成為全球排名第一的碳化硅功率器件供應商。但後來因為美國政府的反對讓這次收購沒能進行下去。而Cree現在已經改名為Wolfspeed，完全蜕變成一家以寬禁帶半導體產品為主的公司。

同樣還有1996年就開始進軍SiC市場的意法半導體，此前一直與SiC襯底和外延片製造商保持密切合作。也是業界用SiC襯底製造半導體的先驅。2019年12月，意法半導體以1.375億美元現金完成收購瑞典SiC襯底和外延片製造商Norstel AB，Norstel生產6英寸的SiC裸晶圓和外延片。意法半導體表示，交易完成後，它將在全球產能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應鏈。

Norstel AB成立於1993年，建立在瑞典Linkoping大學和ABB公司的SiC聯合研究基礎上，此前一直隸屬於硅晶圓製造商oketic，直到2005年獨立出來。歷經了28年的積累，已經形成了設計、製造、運營等一體化的技術體系，擁有豐富可量產的經驗和優質的性能及穩定性，這也是意法半導體最看重的。收購之後，6英寸碳化硅裸晶圓和8英寸外延片是未來意法半導體的重點研究領域，以應對日益增長的汽車和工業市場。

值得一提的是，大尺寸襯底單位面積能夠生產的芯片更多，襯底的大尺寸化是未來趨勢。就在今年8月份，意法半導體的瑞典 Norrköping 工廠已製造出首批8英寸碳化硅 (SiC) 晶圓，預計將用於生產下一代功率半導體。首批8英寸SiC 晶圓質量優良，芯片良率和晶體位元錯誤缺陷低。意法半導體強調，此次階段性的成功只是8英寸SiC 量產計劃的一部分，目前也正積極新建碳化硅基板廠，預計 2024年內部採購碳化硅基板比重將超過 40%。

SiC產業在競爭與合作中前進

為了讓供應鏈變得穩健，這些企業也選擇了兩條腿走路，不僅自己向上遊佈局，還與其他的襯底供應商簽下長期合約。尤其是全球最大的SiC晶圓和襯底供應商Wolfspeed。目前Wolfspeed是全球最大的SiC襯底和外延片供應商，約佔全球一半產能。自從改名為Wolfspeed之後，Cree已經從一家LED照明產品公司轉型為純半導體公司。

前面我們提到英飛凌收購Wolfspeed失敗，但兩家的合作並沒有終止。2018年2月28日，科鋭宣佈與英飛凌簽署長期協議，為英飛凌生產和供應Wolfspeed SiC碳化硅晶圓片。該協議顯示，科鋭將向英飛凌供應150 mm SiC碳化硅晶圓片，將幫助英飛凌在包括光伏逆變器和電動汽車等高增長市場擴展產品供應。

今年8月份，Wolfspeed和意法半導體宣佈擴大現有的多年長期碳化硅晶圓供應協議。修訂後的協議要求科鋭在未來幾年向ST提供150毫米碳化硅裸片和外延片，價值超過8億美元。

雖然Wolfspeed既是英飛凌和意法半導體的碳化硅襯底供應商，又在碳化硅器件市場上同他們進行直接競爭，但是CEO Gregg Lowe表示公司會以同樣的優先級來支持這兩種不同的商業模式。他認為在未來10年內Wolfspeed與這些半導體客户兼競爭對手仍然是良性的競合關係，Wolfspeed需要夥伴來助推功率半導體產業從硅器件向碳化硅器件轉變。

在功率器件同為競爭對手的意法半導體和羅姆，也簽署了超1.2億美元的150mm碳化硅（SiC）晶圓長期供應協議，意法半導體總裁兼首席執行官Jean-Marc Chery則透露了接下來的規劃，“該SiC襯底長期供應協議是在我們已經拿到的外部產能以及正在逐步擴大的內部產能之外的另一項產能保證，這將確保意法半導體能夠增加晶圓供給量並補充內部產能缺口，滿足未來幾年客户在汽車和工業項目產品方面的強勁增長的需求。”

英飛凌和安森美是模擬和功率器件廠商排名前十的兩家領軍企業，兩家也是競爭關係，功率半導體是英飛凌和安森美的安身立命之本。此次安森美所收購的GTAT，在去年年底，也與英飛凌簽署了5年SiC晶棒的供貨協議。英飛凌把其專有的薄晶圓技術應用到GTAT的晶棒上，從而獲得安全優質的碳化硅晶圓供應。碳化硅使用率的增長很大程度上取決於襯底成本的大幅降低，而這一協議是實現這一目標的重要一步。

其實不只是功率器件大户向上遊襯底材料邁進，Wolfspeed、羅姆、II-VI，也逐漸由材料向器件產品走。對於SiC這樣性能優良、業界緊需，但又挑戰頗多的材料而言，在競爭中合作，在合作中共贏，是產業快速向前發展的一大手段。

國內仍有很大的發展空間

根據 Yole 數據，2025 年射頻器件市場將達到 20 億美元，2019-2025年市場規模 CAGR 將達 18%；2025 年功率器件市場規模將達 25.62 億美元，增速超過射頻器件，2019-2025 年市場規模 CAGR 達 30%。下游器件需求的釋放將帶動襯底產業蓬勃發展。

國際SiC大廠已經紛紛抱團取暖，國內企業也將奮力趕上。好在總體上由於SiC市場目前還處於初期階段，滲透率較低，未來幾年的競爭格局還有較大不確定性。國內的SiC襯底企業如天科合達、山東天嶽、河北同光等仍有很大的發展空間。

天科合達是國內成立時間最早、規模最大的碳化硅晶片製造商之一。已經掌握6英寸碳化硅晶片的製造技術，併成功實現批量供應。天科合達自行研發了碳化硅單晶生長的關鍵技術、晶片加工的關鍵工藝技術。

山東天嶽專注於碳化硅襯底製造，主要產品包括半絕緣型和導電型碳化硅襯底。目前，公司已實現6英寸半絕緣型與導電型的量產，8英寸導電型襯底也進入研發階段。目前，山東天嶽與龍頭企業相比，同等尺寸產品在技術參數上已不存在明顯差距，差距主要體現在各尺寸的量產時間、供應等方面。而從毛利來看，山東天嶽的主營業務毛利率從 2018 年的 8.5%大幅提升至2020年的34.9%，Wolfspeed的毛利率也才39.22%，逐漸接近國際主要競爭者。

河北同光晶體成立於2012年，是中科院半導體所的合作單位，同光晶體主要產品包括4英寸和6英寸導電型、半絕緣碳化硅襯底。今年9月5日，河北同光年產10萬片直徑4-6英寸碳化硅單晶襯底項目，在保定市淶源縣經濟開發區投產。

據不完全統計我國從事碳化硅襯底研製的企業已經有30多家，這個數量不算少，國際射頻器件廠商、SiC器件廠商都在紛紛往上游佈局，未來國內估計也會走向產業鏈整合的局面。買買買是國際大廠的發展必由之路，也將伴隨國內半導體的進階。