2020年中国碳化硅衬底市场竞争格局分析,大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向「图」

一、碳化硅行业发展概况

1、三代半导体材料对比

碳化硅属于第三代半导体材料,在低功耗、小型化、高压、高频的应用场景有极大优势。第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓为代表,与前两代半导体材料相比最大的优势是较宽的禁带宽度,保证了其可击穿更高的电场强度,适合制备耐高压、高频的功率器件。

三代半导体材料的指标参数对比

三代半导体材料的指标参数对比

资料来源:公开资料整理

2、产业链

碳化硅产业链分为衬底材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用。通常采用物理气相传输法(PVT法)制备碳化硅单晶,再在衬底上使用化学气相沉积法(CVD法)等生成外延片,最后制成相关器件。在SiC器件的产业链中,由于衬底制造工艺难度大,产业链价值量主要集中于上游衬底环节。

碳化硅衬底的产业链

碳化硅衬底的产业链

资料来源:公开资料整理

3、分类

碳化硅衬底可分为两类:一类是具有高电阻率(电阻率≥105Ω·cm)的半绝缘型碳化硅衬底,另一类是低电阻率(电阻率区间为15~30mΩ·cm)的导电型碳化硅衬底。

碳化硅衬底的分类

碳化硅衬底的分类

资料来源:华经产业研究院整理

二、碳化硅衬底行业发展现状分析

2018到2019年,全球电力电子碳化硅(SiC)市场规模由4.3亿美元增至5.64亿美元,2020年其市场规模估计在6亿美元左右。

2018-2020年全球电力电子碳化硅(SiC)市场规模及预测

2018-2020年全球电力电子碳化硅(SiC)市场规模及预测

资料来源:YOLE,华经产业研究院整理

国内供需仍存缺口,有效产能不足。我国2020年碳化硅导电型衬底产能约40万片/年(约当4英寸)、外延片折合6英寸22万片/年、器件26万片/年;半绝缘型衬底折算4英寸产能近18万片/年。受限于良率及技术影响,目前国内实际项目投产较为有限,实际产能开出率较低。随着新能源汽车、5G等下游应用市场的快速起量,国内现有产品供给无法满足需求,目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低,超过80%的产品要靠进口。

2020年我国第三代半导体产能统计

2020年我国第三代半导体产能统计

资料来源:CASA,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2021-2026年中国碳化硅衬底行业市场供需格局及行业前景展望报告

三、碳化硅衬底市场竞争格局

碳化硅是技术密集型行业,对研发人员操作经验、资金投入有较高要求。国际巨头半导体公司研发早于国内公司数十年,提前完成了技术积累工作。因此,国内企业存在人才匮乏、技术水平较低的困难,制约了半导体行业的产业化进程发展。而在碳化硅第三代半导体产业中,行业整体处于产业化初期,中国企业与海外企业的差距明显缩小。受益于中国5G通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模的世界领先地位,国内碳化硅器件巨大的应用市场空间驱动上游半导体行业快速发展,国内碳化硅厂商具有自身优势。在全球半导体材料供应不足的背景下,国际龙头企业纷纷提出碳化硅产能扩张计划并保持高研发投入。同时,国内本土SiC厂家加速碳化硅领域布局,把握发展机会,追赶国际龙头企业。

国内碳化硅衬底厂商产品及产能情况

国内碳化硅衬底厂商产品及产能情况

资料来源:公开资料整理

目前碳化硅衬底市场以海外厂商为主导,国内企业市场份额较小。碳化硅衬底产品的制造涉及设备研制、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测等诸多环节,需要长期的工艺技术积累,存在较高的技术及人才壁垒。根据Yole数据,2020年上半年,Wolfspeed(Cree全资子公司)市占率达到45%以上,国内龙头天科合达和山东天岳的合计市场份额不到10%。山东天岳、烁科晶体(中电科孵化)、河北同光(中科院半导体所孵化)现有主要产品为高纯半绝缘衬底,而天科合达(中科院物理所孵化)、世纪金光主要产品为导电型衬底。

2020年H1碳化硅衬底市场份额占比2020年H1碳化硅衬底市场份额占比

资料来源:YOLE,华经产业研究院整理

从衬底的下游晶圆与器件来看,大量生产厂家仍然位于日本、欧洲与美国;但国内生产厂家在衬底领域已经拥有了一定的市场份额。根据Yole数据,在2020年半绝缘型碳化硅衬底市场中,贰陆公司(II-IV)、科锐公司(Cree)以及天岳先进依次占据前三甲的位置,市场份额分别为35%、33%和30%,市场高度集中。

2020年全球半绝缘型碳化硅衬底市场份额

2020年全球半绝缘型碳化硅衬底市场份额

资料来源:YOLE,华经产业研究院整理

从资金来看,国内第三代半导体投资力度高企,力争追赶国际厂商。根据CASA披露的数据显示,2018年至今,国内厂商始终加强布局第三代半导体产业,2020年共有24笔投资扩产项目,增产投资金额超过694亿元,其中碳化硅领域共17笔、投资550亿元。

2020年国内主要碳化硅企业投资扩产情况

2020年国内主要碳化硅企业投资扩产情况

资料来源:CASA Research,华经产业研究院整理

四、碳化硅衬底行业生产流程

碳化硅衬底的制作流程一般包括原料合成、晶体生长、晶锭加工、晶棒切割、晶片研磨、抛光、清洗等环节。其中晶体生长阶段为整个流程的核心,决定了碳化硅衬底的电学性质。

碳化硅衬底生产流程

碳化硅衬底生产流程

资料来源:公开资料整理

五、碳化硅衬底行业发展方向

为提高生产效率并降低成本,大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大,单位衬底可制造的芯片数量越多,单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大,边缘的浪费就越小,有利于进一步降低芯片的成本。在半绝缘型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为4英寸。在导电型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为6英寸。在8英寸方面,与硅材料芯片相比,8英寸和6英寸SiC生产的主要差别在高温工艺上,例如高温离子注入,高温氧化,高温激活等,以及这些高温工艺所需求的硬掩模工艺等。根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的预测,预计2020~2025年国内市场的需求,4英寸逐步从10万片市场减少到5万片,6英寸晶圆将从8万片增长到20万片;2025~2030年:4英寸晶圆将逐渐退出市场,6英寸晶圆将增长至40万片。

华经产业研究院对中国碳化硅衬底行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2021-2026年中国碳化硅内衬行业发展监测及投资战略规划研究报告》。

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