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国产替代碳化硅取得显著成效

发布时间:2022-09-20作者来源:萨科微浏览:1987

碳化硅作为第三代半导体材料的主要代表之一,其技术发展也至关重要。虽然国内碳化硅的技术水平与国外有所差距,但国内企业在 2-6 英寸的半绝缘型和导电型碳化硅衬底领域均已实现部分国产替代,8 英寸晶圆也在研制过程中,国产替代进程讲持续突破。
碳化硅市场产业链主要分为晶圆衬底制造、外延片生产、碳化硅器件研发和装备封装测试四个部分,分别占市场总成本的 50%、25%、20%、5%,由于具备晶体生长过程繁琐,晶圆切割困难等特点,碳化硅衬底的制造成本一直处于高位。目前高质量衬底的应用主要集中于 WolfSpeed、II-VI、ROHM 三大供应商,CR3 市场占有率达到 80%以上,国内厂商为代表的衬底厂商的产品良率、品质和生产效率还有一定差距,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,当前碳化硅衬底已应用于射频器件及功率器件,随着下游需求爆发,2022-2026 年 SiC 器件的市场规模将从 43 亿美元提升到 89 亿美元,年复合增长率为 20%。

碳化硅性能优势

碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料,基于其优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,当前碳化硅衬底已应用于射频器件及功率器件。碳化硅器件优点如下: 
(1)耐高压。击穿电场强度大,是硅的 10 倍,用碳化硅制备器件可以极大地提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗。所以在实际应用过程中,与硅基相比可以设计成更小的体积,约为硅基器件的 1/10。 
(2)耐高温。半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的 3 倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过 300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到 600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化。
(3)实现高频的性能。碳化硅的饱和电子漂移速率大,是硅的 2 倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。同时碳化硅衬底材料能量损失更小。在相同的电压和转换频率下,400V 电压时,碳化硅MOSFET逆变器的能量损失约为硅基IGBT能量损失的 29%-60%之间;800V 时,碳化硅MOSFET逆变器的能量损失约为硅基IGBT能量损失的 30%-50%之间。因此碳化硅器件的能量损失更小。

国内发展碳化硅的难点


碳化硅生产过程主要包括碳化硅单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是碳化硅产业链衬底、外延、器件三大环节。

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碳化硅产业链及代表企业

碳化硅衬底


当前,国内厂商碳化硅衬底生产的技术指标与国际主流厂商相比仍有明显差距。
碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展,目前行业内公司主要量产衬底尺寸集中在4 英寸及6英寸。在[敏感词]技术研发储备上,以行业领先者WolfSpeed公司的研发进程为例,WolfSpeed公司已成功研发 8 英寸产品。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。由于现有的 6 英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产SiC器件,所以 6 英寸 SiC 衬底的高市占率将维持较长时间。目前我国市场上使用的碳化硅衬底一般为4英寸,可生产6英寸碳化硅衬底的企业,全国不足10家。
碳化硅衬底制备主要有以下技术难点:(1)碳化硅单晶的制备对于温度场设计。适宜的温度场是制备碳化硅单晶的基础,不适宜的温度场极易导致单晶开裂等问题。此外,随着碳化硅衬底直径的增加,温度场的设计及实现难度也在增加。(2)降低结晶缺陷密度。衬底中结晶缺陷(如:微管、穿透性螺位错(TSD)、基平面位错(BPD))会对器件造成负面影响。由于碳化硅较高的生长温度,为降低结晶缺陷密度,传统的工艺条件 (如掩膜法)已经不能满足低结晶缺陷密度单晶的生长,势必需要导入新工艺,增加工艺复杂性,这会推高单晶成本。因此,需要投入较长的时间及较大的物料成本研发新工艺,较长的研发周期可能会阻碍衬底单位面积成本的下降,且随着单晶生长厚度的增加,单晶残余内应力迅速增加,这会导致单晶结晶质量下降甚至导致单晶开裂等问题,如何有效兼顾单晶可用厚度及单晶结晶质量存在较大难度。
衬底主要的三个几何参数为TTV(总厚度偏差)、Bow(弯曲度)及Wrap(翘曲度),国内厂商与国外领先厂商仍存在明显差距。此外, 产品的一致性问题是难以攻克的短板,国产衬底目前较难进入主流供应链。具体来说,国产衬底技术短板以及一致性问题主要包含两个方面:(1)由于国内厂商起步相对较晚,在材料匹配、设备精度和热场控制等技术角度需要长时间的专门知识累积;(2)国内厂商的客户较少且比较分散,客户的反馈速度更慢,反馈内容不彻底。相比较起来,WolfSpeed 的产品线覆盖衬底、外延、器件乃至模组,后端反馈充分且及时。因此,国内厂商的技术差距直接导致衬底综合性能较差,无法用于要求更高的产线中;一致性问则表示优质衬底比例较低,直接导致衬底的成本大幅上升,上述两点导致国内厂商制造的衬底还无法进入主流供应链。

碳化硅外延

当前外延主要以 4 英寸及 6 英寸为主,大尺寸碳化硅外延片占比逐年递增。碳化硅外延尺寸主要受制于碳化硅衬底尺寸,当前 6 英寸碳化硅衬底已经实现商用,因此碳化硅衬底外延也逐渐从 4 英寸向 6 英寸过渡。在未来几年里,大尺寸碳化硅外延片占比会逐年递增。由于 4 英寸碳化硅衬底及外延的技术已经日趋成熟,因此,4 英寸碳化硅外延晶片已不存在供给短缺的问题,其未来降价空间有限。此外,虽然当前国际先进厂商已经研发出 8 英寸碳化硅衬底,但其进入碳化硅功率器件制造市场将是一个漫长的过程,随着 8 英寸碳化硅外延技术的逐渐成熟,未来可能会出现 8 英寸碳化硅功率器件生产线。

碳化硅外延主要解决外延晶片均匀性控制和外延缺陷控制两大问题。
(1)外延晶片均匀性控制方面,由于外延片尺寸的增大往往会伴随外延晶片均匀性的下降,因此大尺寸外延晶片均匀性的控制是提高器件良率和可靠性、进而降低成本的关键。
(2)外延缺陷控制问题。基晶面位错(BPD)是影响碳化硅双极型功率器件稳定 性的一个重要结晶缺陷,不断降低 BPD 密度是外延生长技术发展的主要方向。由于物理气象传输法(PVT)制 备碳化硅衬底的 BPD 密度较高,外延层中对器件有害的 BPD 多来自于衬底中的 BPD 向外延层的贯穿。因此,提 高衬底结晶质量可有效降低外延层 BPD 位错密度。
随着碳化硅器件的不断应用,器件尺寸及通流能力不断增加, 对结晶缺陷密度的要求也不断增加,在未来技术的进步下,碳化硅外延片结晶缺陷密度会随之不断下降。

碳化硅功率器件


我们把 SiC 器件发展分为三个发展阶段,2019-2021 年初期,特斯拉等新能源汽车开始试水搭载 SiC 功率器件;2022-2023 年为拐点期,SiC 在新能源汽车领域的应用已经达到了批量生产的临界区域,并且充电基础设施、5G 基站、工业和能源等应用逐步采用 SIC 器件;2024-2026 年为爆发期,SIC 加速渗透,在新能源汽车、充电基础设施、5G 基站、工业和能源等得到广泛应用。
当前,碳化硅MOSFET制备技术要求较高,碳化硅MOSFET采用沟槽结构可[敏感词]限度地发挥SiC的特性, 栅级氧化物形成技术挑战较高。平面SiC MOSFET的缺陷密度较高,MOSFET沟道中电子散射降低沟道电子迁移率从而使得性能下降,即沟道电阻上升、功率损耗上升而沟道电流下降。由于SiC MOSFET的N+源区和 P井掺杂都是采用离子注入的方式,在1700℃温度中进行退火激活,一个关键的工艺是 SiC MOSFET 栅氧化物的形成, 而碳化硅材料中同时有 Si 和 C 两种原子存在,因此需要非常特殊的栅介质生长方法。目前英飞凌、ST、罗姆等国际大厂 600-1700V 碳化硅SBD、MOSFET均已实现量产,而国内所有碳化硅 MOSFET 器件制造平台仍在搭建中,部分公司的产线仍处于计划阶段,离正式量产还有很长一段距离。

国内外碳化硅主要厂商

全球碳化硅衬底市场目前仍以国外企业为主,2020 年上半年科锐(WolfSpeed)、罗姆(ROHM)、II-VI、昭和电工、天科合达五家企业合计市场占比分别达到 91%,市场高度集中。其中,WolfSpeed 独占 45%的市场份额,是全球的龙头企业,且国外企业合计占比超过 85%,占据市场主导地位。目前国内暂未出现碳化硅的 IDM 企业,且整体份额占比较小,但受益于政策利好等因素,国产替代进程仍在不断加快。

国外主要厂商

01

WolfSpeed

科锐(WolfSpeed)成立于 1987 年,是一家开发制造半导体材料和设备的美国公司,也是全球碳化硅基半导体材料及器件龙头。该公司主要基于碳化硅、氮化镓和相关化合物生产半导体材料以及发光二极管、照明、电源盒射频等半导体产品。WolfSpeed 最初拥有四大业务部门:WolfSpeed、LED、照明业务和电源及射频业务。由于 LED 和照明业务部门利润下降,而专注于制造碳化硅材料的 WolfSpeed 的增长速度超越其他业务,因此公司先后出售了其他三大业务部门,现已完全转型为以 SiC 和 GaN 为主的半导体企业。WolfSpeed 部门目前主要生产 SiC 和 GaN 衬底及外延,并且将半导体材料广发应用于电源、射频、功率器件等领域的生产。2020年上半年 WolfSpeed 在碳化硅衬底市场的占有率为 45%,在碳化硅器件市场占有率为 26%,均位居首位。
公司的重大发展历程如下:
  • 2016 年 7 月,英飞凌表示同意以 8.5 亿美元现金收购科锐的 WolfSpeed 业务部门(射频和电力电子设备)。然而,在两家公司无法解决监管机构的国家安全问题后,该交易于 2017 年 2 月被取消。
  • 2018 年 3 月,科锐宣布以 3.45 亿欧收购英飞凌射频功率业务(反收购)。
  •  2019 年 3 月,科锐宣布将旗下 LED 照明部门(WolfSpeed Lighting)以 3.1 亿美元出售给美国 Ideal Industries 公司。科锐出售的业务包括用于商业的 LED 照明灯具和企业照明解决方案。
  •  2019 年 5 月,科锐宣布将投资 10 亿美元用于扩大 SiC 碳化硅产能。
  •  2020 年 10 月,科锐宣布以高达 3 亿美元的价格将其 LED 业务出售给 SMART Global Holdings,并将于 2021 年 10 月正式更名为 WolfSpeed。本次交易进一步明确了公司的战略定位,WolfSpeed 将引领从硅到碳化硅的产业转型。

02

罗姆(ROHM)

罗姆是全球[敏感词]半导体厂商,以制造和销售半导体、集成电路和电子元件为主,产品包括 IC、二极管、LED、SiC 功率器件等。罗姆公司以高功率、模拟、标准产品这三个产品系列为中心,加速技术开发。公司拥有三大产品部门:(1)IC:该部门主要负责集成电路的生产和销售,主要产品包括 DRAM、驱动器 IC、通用IC、传感器 IC 等;(2)分立半导体器件:该部门进行以 Si 和 SiC 为材料的半导体器件制造,包括 MOSFET、晶体管、二极管、LED、碳化硅功率元器件等;(3)模块:该部门主要负责无线通信模块和打印头的生产,主要包括 Wi-Fi 模块、LAPIS、传真打印头;此外,公司还具备无源设备、芯片组的生产能力以及晶圆、MEMS和先进封装的代工服务。2020 年上半年 ROHM 在 SiC 衬底市场的占有率为 20%,在 SiC 器件市场的占比为21%,均位居全球第二位,其子公司 SiCrystal 专注于 SiC 衬底的生产。

03

II-VI

II-VI 成立于 1971 年,是一家全球领先的开发、制造和销售工程材料和光电元件设备以及材料的垂直整合类公司,为通信、工业、航天、半导体设备、消费电子和智能汽车的多元化应用提供创新产品。II-VI 拥有两个业务部门:1)化合物半导体:该部门主要提供 SiC 衬底、外延和器件以及砷化物外延晶片,同时包括用于高功率二氧化碳激光器的光电组件和材料,应用领域包括航空、国防、医疗、半导体等;2)光子解决方案:该部门主要提供用于光通信网络、消费电子、生命科学等领域的晶体材料和光学器件,还为激光终端用户、系统集成商和政府提供微芯片激光器和光电模块。目前,II-VI 在半导体领域的成果主要包括 SiC 的衬底和外延技术开发,2020 年上半年公司在 SiC 衬底市场的占有率为 13%。
研发水平逐步增加,SiC 技术处于领先。2021 年公司的研发支出为 3.30 亿美元,同比下降 2.64%,占营收比例为 10.63%。同样的,收到收购业务的影响,公司的研发支出在 2020 财年大幅上升,这些费用用于投资新资产和业务流程,包括 5G、3D 传感、磷化铟、激光雷达和其他新兴市场。目前,II-VI 所拥有的碳化硅衬底具备高质量和低位错密度,且晶圆尺寸已达 200mm 并处于[敏感词]地位,该衬底目前已用于电动汽车和 5G等电力电子以及射频电子领域。同时,II-VI 可在 150mm 的晶圆上生产一流均匀性的 SiC 外延,包括 250 微米及以上的厚层生长和低浓度掺杂层,是世界[敏感词]的 SiC 外延技术之一。公司所独创的 3DSiC 技术可以充分利用 SiC 材料,以最小损耗实现极高的功率处理,可将电流密度提高 30%并缩小相应的芯片尺寸,这对 SiC为原料的芯片制程压缩具有重要意义。

04

ST Microelectronics

意法半导体(ST Microelectronics)成立于 1987 年,是一家位于瑞士负责设计、开发、制造和销售半导体产品的跨国企业。该公司由法国的“Thomson Semiconducteurs”和意大利的“SGS Microelettronica”两家公司合并而成,是欧洲目前收入[敏感词]的半导体芯片制造商。ST 目前拥有三项主营业务:1)汽车和分立器件业务(ADG):该部门负责专用于汽车的 IC,以及面向汽车、工业、通信等终端市场的分立器件和功率晶体管的制造和销售;2)模拟、MEMS 和传感器业务(AMS):该部门主要提供用于模拟、智能电源、低功率射频、MEMS传感器和执行器以及光学传感领域的解决方案和产品;3)微控制器和数字 IC 业务(MDG):该部门致力于设计、生产和销售微控制器(通用和安全)、存储器(RF 和 EEPROM)和 RF 通信等相关产品。目前,公司的主要客户包括苹果、三星、华为、特斯拉等智能手机和电动汽车龙头企业,且 2020 年苹果贡献了公司 23.9%的收入,是公司的[敏感词]大客户。2019 年 12 月,ST 完成了对 SiC 晶圆制造商 Norstel 的收购,标志着公司正式覆盖 SiC衬底和外延业务。截止 2020 年上半年,意法半导体在碳化硅器件市场的占有率约为 8%左右。

国内主要厂商


01

山东天岳—绝缘型衬底为主

山东天岳先进科技股份有限公司成立于 2010 年,主营业务是宽禁带半导体(第三代半导体)碳化硅衬底材料的研发、生产和销售,产品可应用于微波电子、电力电子等领域。目前,公司主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底。经过十余年的技术发展,公司已掌握涵盖了设备设计、热场设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工等环节的核心技术,自主研发了不同尺寸半绝缘型及导电型碳化硅衬底制备技术。公司作为我国碳化硅衬底领域的领军企业,在国家亟需的时候, 担当起国家核心战略物资的保障供应重任,批量供应了半绝缘型碳化硅衬底材料,成功实现该产品的自主可控。根据国际知名行业咨询机构 Yole 的统计,2019 年及 2020 年公司已跻身半绝缘型碳化硅衬底市场的世界前三。公司的产品以半绝缘型衬底和导电型衬底为主,其应用范围涵盖光电子,电子电气,微波通讯等领域。

02

天科合达—导电型衬底为主

北京天科合达半导体股份有限公司设立于 2006 年 9 月 12 日。公司是国内领先的第三代半导体材料——碳化硅晶片生产商。公司主要从事碳化硅领域相关产品研发、生产和销售,主要产品包括碳化硅晶片、其他碳化硅产品和碳化硅单晶生长炉,其中碳化硅晶片是公司核心产品。公司建立了国内[敏感词]条碳化硅晶片中试生产线,是国内最早实现碳化硅晶片产业化的企业,在国内率先成功研制出 6 英寸碳化硅晶片,相继实现 2 英寸至 6 英寸碳化硅晶片产品的规模化供应。公司掌握了覆盖碳化硅晶片生产的“设备研制—原料合成—晶体生长—晶体切割—晶片加工—清洗检测”全流程关键技术和工艺,在设备环节可以提供碳化硅单晶生长炉,在晶片环节可以提供 2-6 英寸导电型和半绝缘型碳化硅晶片,在其他碳化硅产品环节可以提供碳化硅籽晶、晶体等。天科合达已成为是国内领先的第三代半导体材料——碳化硅晶片生产商。

03

露笑科技— SIC 衬底

露笑科技设立于 2003 年,是一家有多元化业务的综合公司,产业涵盖铜芯、铝芯电磁线、LED 蓝宝石衬底片、碳化硅衬底片、新能源汽车电机电池电控、光伏发电、现代农业、投资管理、国际贸易等十多个领域。露笑科技以漆包线为起点赚得[敏感词]桶金并成功在深交所上市。但漆包线行业因准入门槛低,同质化程度越来越高,随之带来的利润率也越来越低,成长空间受限,故 2014 年开始产业转型。公司先后收购上海正昀,江苏鼎阳绿能电力有限公司进军新能源汽车和光伏产业,并与伯恩光学合作开展蓝宝石业务并积极探索国外市场。目前第三代半导体处在早期部署阶段,露笑科技凭借着在布局蓝宝石业务期间积累的大量的生产蓝宝石长晶炉的经验进入了碳化硅领域,总投资近百亿。公司拥有浙江省级研究院、博士后科研工作站、省级技术中心等平台,拥有一支优秀的研发团队,多次承担国家、省部级科技计划项目,多次获得各级科技奖,参与制修订国家/行业标准 48 项,累计拥有国内领先的科技成果近 20 项。
凭借着[敏感词]的碳化硅生产团队以及依托于蓝宝石业务上的深厚积淀,目前露笑科技已经突破以下几项碳化
硅生长炉及生长环节的关键技术:
  • 完成 6 寸石英管式碳化硅晶体生长炉开发,以独特密封结构解决设备高真空度获取与长时间保持的难题,极限真空<2×10-5Pa,具备工程化使用条件;
  • 完成大尺寸碳化硅单晶制备相关理论的研究,通过计算机模型辅助计算,形成了单晶制备过程物质与热量传输、缺陷演变的基本规律,解决了热场均匀性差、大尺寸单晶应力聚集、单晶扩径难等问题,为 6 寸及以上半绝缘碳化硅晶体的制备打下了坚实基础;
  •  解决晶型生长控制难、微管密度大、晶体背向腐蚀严重等难题,提升了单晶质量,通过长晶过程中的除杂工艺实现了高电阻率晶体生长;
  •  高纯度碳化硅原料合成,有效降低原料中对电阻率提升有害的特定杂质含量浓度,达到小于 1ppm 量级。

04

晶盛机电—SIC 衬底

晶盛机电是国内晶体硅生长设备龙头,主要从事晶体生长设备研发、制造、销售。公司的产品主要有碳化硅长晶设备及外延设备,业务下游涉及光伏、半导体、蓝宝石等行业方向。在光伏领域、半导体领域,LED照明领域还分为晶体生长设备,智能化加工设备等。在蓝宝石领域,公司可提供满足 LED 照明衬底材料和窗口材料所需的蓝宝石晶锭和晶片。2006 年上虞晶盛机电工程有限公司成立,2010 年整体改制为上虞晶盛股份有限公司,同年更名为浙江晶盛机电股份有限公司(简称:晶盛机电),2012 年公司在深交所创业板上市(代码:300316.SZ),2014 年成立晶瑞电子运营蓝宝石切磨抛业务,拓展了蓝宝石业务,2018 年拓展半导体业务,并在 2020 年 SIC 研发取得突破性进展。晶盛机电公司在高端精密加工领域的技术实力处于行业前列,建立了半导体材料关键加工设备的国产化领先优势。目前,公司的主要客户有中环股份、有研半导体、合晶科技、上机数控等知名上市公司以及大型企业,密切合作的下游客户为公司的发展提供了坚实基础。晶盛机电是国内晶体硅生长设备龙头,近年来业绩持续向好。

05

三安光电—IDM SIC 全产业链

三安光电成立于 2000 年,主要从事化合物半导体所涉及的部分核心原材料、外延片生长和器件制造,材料包括氮化镓、碳化硅、磷化铟、蓝宝石等第三代半导体。公司具有国内产销规模首位的化合物半导体生产规模,属于技术、资本密集型的产业,是化合物半导体集成电路产业链布局最为完善、领先 IDM 企业。公司目前的主要业务包括四个板块:1)光电:以 GaAs、GaN、蓝宝石为基础,进行 LED 和光伏电池器件生产,产品用于照明、光伏、医疗等领域;2)微波射频:主要以 GaN、GaAS 和 InP 为主,生产制造功率放大器、滤波器、射频开关器等,可用于移动通信基站、蓝牙模组等;3)电力电子:通过 SiC、GaN 等第三代半导体,进行各类二极管和晶体管的研发,主要用于新能源汽车、光伏、智能电网、快充电源等下游领域;4)光通讯:借助 GaAS、InP 等原材料,制造二极管、激光器件,通常适用于通信基站、云计算、3D 感应等市场。公司致力于将化合物半导体集成电路业务发展至全球行业领先水平,努力打造具有国际竞争力的半导体厂商。目前,公司已与主要供应商和采购客户建立起了长年稳定的合作关系,形成较为稳定的原材料供应渠道。三安光电在长沙投产建成的两条 SiC 生产线,已经全面整合了衬底、外延、晶圆生产、封测的垂直环节,预计 2022 年下半年到 2023 年可以实现整车产品达产,客户包括国内外的各芯片应用企业。

06

凤凰光学—中国电科促进资源整合

凤凰光学股份有限公司成立于 1997 年,是一家拥有五十余年历史的综合光学元件及产品的生产商,近年来成为集研发、设计、制造一体化的精密加工、光学组件国内重要供应商,主要产品包括光学组件,精密加工,光学仪器等。其光学组件产品主要用于安防视频监控、车载等;精密加工产品主要用于照相机、投影机、车载等产品的金属结构件精密加工和光学镜片精加工;光学仪器产品主要用于普教、工业、研究院所等领域的光学显微镜。2019 年收购海康科技智能控制器业务前,公司主营业务为光学元件加工和锂电芯加工。收购完成后,公司主营业务变更为光学产品、智能控制器产品和锂电芯产品的研发、制造和销售。

晶圆代工厂商

01

X-Fab

X-FAB Silicon Foundries SE 是[敏感词]的模拟/混合信号半导体技术[敏感词]工厂集团之一。为汽车,工业,消费,医疗,消费和移动通信以及其他应用制造硅片、模数集成电路、传感器和微机电系统。业务遍及全球,提供全面的技术和设计 IP。凭借在模拟/混合信号 IC 生产、微机电系统(MEMS)和碳化硅(SiC)方面的专业知识,为客户提供强大的设计支持技术。核心市场汽车、医疗和工业的特点是高增长和长生命周期。
X-FAB 成立于 1992 年,是 Elex NV 的全资子公司。从德国国家托管组织 Treuhandanstalt 收购后,开始在德国埃尔福特运营其[敏感词]家半导体工厂。1999 年,X-FAB 收购了美国德克萨斯州卢伯克的前德克萨斯仪器厂和埃尔福特工厂;2002 年从 Zarlink 收购了英国普利茅斯的一家工厂;2007 年,从 ZMD AG 收购了位于德累斯顿的 ZFOUNDRY FAB;2011 年,X-FAB 通过投资 MEMS 铸造厂 Itzehoe(随后于 2015 年完全收购);2016 年10 月 1 日起,X-FAB 完成了对 Altis 的收购。自 2016 年以来,X-FAB 拥有 6 家工厂,分别位于德国(3 家),法国,马来西亚和美国。
X-FAB 作为一家纯粹的代工厂,为避免与客户竞争而没有自己的 IC 产品。专注于复杂技术、设计支持和制造解决方案,提供制造和强大的设计支持服务,设计模拟/混合信号集成电路(IC)和其他半导体器件,用于客户的产品。模块化的制造方法在半导体技术、设计和工艺中提供了多种增强选项,包括互补金属氧化物半导体(CMOS)、绝缘体上硅(SOI)、碳化硅(SiC)和微机电系统(MEMS)。提供的工艺技术在 150mm 晶圆上的特征尺寸为 1.0μm、0.8μm 和 0.6μm,在 200mm 晶圆上的特征尺寸为 0.6μm、350nm、250nm、180nm 和130nm。X-FAB 的目标是到 2025 年实现 9-10%的市场份额,通过不断增长的产量保持稳定的市场份额,并为80-90%的无晶圆厂碳化硅厂商提供服务。

02

汉磊

汉磊先进投资控股股份有限公司(Episil)是一家台湾控股公司,主体主要从事一般投资业务,通过其子公司进行功率半导体、模拟集成电路、外延片和晶圆代工系统的开发、设计、制造和销售,主要产品包括硅外延、模拟组件和集成电路等。目前,公司主要有三大业务板块:1)硅晶圆:主要从事传统硅、碳化硅、氮化镓等先进半导体材料的晶圆和外延片代工,以及相关领域的产品生产;2)原件及集成电路代工:主要负责半导体功率器件、集成电路等应用领域的产品销售及代工服务;3)其他:主要包括半导体组件等杂项产品生产及销售。汉磊是典型的 Foundry 半导体企业,可以提供包括 SiC 和 GaN 在内的一系列宽禁带半导体代工服务。目前,汉磊能够进行高良率规模化的碳化硅器件生产,是中国[敏感词]且具备[敏感词]水平的纯晶圆代工厂。目前,汉磊已经拥有硅和宽禁带半导体代工、碳化硅和氮化镓三座晶圆厂,为 600V-1200V 肖特基势垒二极管和 MOSFET 提供 4 英寸 SiC 代工服务。

03

积塔

上海积塔半导体有限公司是一家半导体芯片研发商,成立于 2017 年,公司两大股东为华大半导体有限公司和上海集成电路产业投资基金股份有限公司,分别持股 55%和 45%,上海先进半导体制造有限公司为上海积塔全资子公司。上海先进于 1988 年由中荷合资成立为上海飞利浦半导体公司,于 2006 年于香港联交所主板上市并在 2018 年退市,2019 年被上海积塔半导体有限公司吸收合并,此后上海积塔的主营业务便由上海先进构成。上海先进是一家大规模集成电路芯片制造公司,有 5 英寸、6 英寸、8 英寸晶圆生产线,专注于模拟电路、功率器件的制造,8 英寸等值晶圆年产能 66.4 万片,被上海市科委认定为“高新技术企业”。同时,公司通过了 ISO9001、VDA6.3(Grade A)、IATF 16949、14001、ISO/IEC 27001 等质量、环境及信息安全管理体系认证,是国内最早从事汽车电子芯片、IGBT 芯片制造的企业。此外,2018 年 8 月,积塔半导体特色工艺生产线在上海临港开工,总投资 359 亿元。2018 年 10 月,积塔半导体与上海先进半导体制造股份有限公司 (以下简称“先进半导体”) 签订合并协议,合并后积塔半导体将分为临港和虹漕两个厂区。虹漕厂区拥有 5 英寸、6 英寸、8 英寸生产线;临港厂区拥有 8 英寸、12 英寸、6 英寸 SiC 生产线,产品主要应用于工控、汽车、电力、能源等领域。

碳化硅市场海外以 IDM 为主要运作模式,国内衬底厂商为天岳先进(绝缘型衬底为主)、天科合达(导电型衬底为主)、中电科(烁科)、露笑科技、晶盛机电;外延片方面:瀚天天成、东莞天域、中电科等均已完成了 3-6 英寸碳化硅外延的研发和生产;器件方面:斯达半导体、士兰微推出 SiC MOSFET 功率器件和模块;晶圆代工方面,X-Fab 为[敏感词]代工厂,并为 80-90%的无晶圆厂碳化硅厂商提供服务;汉磊和积塔大幅增加资本开支用以扩展 SiC 产能;IDM 方面:三安光电具备全产业整合生产能力(衬底/外延/器件/封测)。


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