全球最大的八英寸SiC工厂:Wolfspeed纽约工厂开业

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2022-04-26 09:11

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碳化硅(SiC)技术和制造的全球引领者 Wolfspeed, Inc. (美国纽约证券交易所上市代码:WOLF)宣布其位于美国纽约州莫霍克谷(Mohawk Valley)的采用领先前沿技术的 SiC 制造工厂正式开业。这座 200mm 晶圆工厂将助力推进诸多产业从 Si 基产品向 SiC 基半导体的转型。


纽约州州长 Kathy Hochul 莅临现场并预祝 Wolfspeed 在莫霍克谷(Mohawk Valley)大展宏图。Lucid Motors 产品高级副总裁兼首席工程师 Eric Bach 也出席了此次开业庆典。Wolfspeed 近日宣布了与 Lucid 签订多年协议,将为 Lucid 供应 SiC 器件。作为 Wolfspeed 关键合作伙伴,此次仪式别出心裁地采用 Lucid Motors 屡获殊荣的 Lucid Air®(被评为 2022 年度趋势汽车,2022 MotorTrend Car of the Year®)电动汽车进行剪彩。该款 Lucid Air Grand Touring 汽车配备 1050 马力动力,续航里程达到 516 英里(在美国 EPA 测试标准下)。

Wolfspeed 总裁兼首席执行官 Gregg Lowe 表示:“我们很荣幸今天能有这么多业界领袖拨冗出席,共同庆祝 Wolfspeed 莫霍克谷工厂(Mohawk Valley Fab)的盛大开业。我对于公司的团队和所有我们的合作伙伴倍感自豪,在如此短的时间之内建设完成这座极为重要的工厂。这座工厂将不仅仅在 2022 年为客户带来更多供应,更将会支持我们长期的竞争力。”


Lucid Motors 产品高级副总裁兼首席工程师 Eric Bach 表示:“作为市场引领者和技术创新者,我们拥有和 Wolfspeed 相同的价值观和使命,那就是为高效节能和可持续未来提供业界领先的解决方案。今天,我们很高兴地宣布与 Wolfspeed 达成合作,未来将采用在这里制造的高品质 SiC 器件。”

莫霍克谷(Mohawk Valley)这座全自动新工厂将是全球首座且最大的 200mm SiC 工厂,提供毫不妥协的高品质晶圆和更高良率。在莫霍克谷(Mohawk Valley)开发的器件对于满足 Wolfspeed 200+ 亿美元销售管道(pipeline)和全球半导体产业的需求至关重要。首批 SiC 已于这个月早些时候在这座新工厂开始制造。

Wolfspeed 全球运营高级副总裁 Rex Felton 表示:“我们很高兴成为纽约州快速发展的半导体产业的一部分,并衷心感谢来自当地合作伙伴的强力且持续性的支持。这座新工厂展现了我们的承诺,采用最高标准,在运营上追求卓越,进而带来更高产量。这也就意味着我们将可以为客户提供更多的产品。Wolfspeed 在北卡罗来纳州同样在扩大运营。位于北卡罗来纳州达勒姆市的材料工厂计划将于今年晚些时候竣工。通过这些工厂的建设与协同发力,并综合 Wolfspeed 30 多年的研发历史、强有力的技术基础、丰富的制造经验和高端的人才,我们将在美国东海岸打造国家级的 SiC 走廊。”


一家独大的市场


说Wolfspeed这个名字,也许大家会觉得陌生,但如果说Cree,不少人应该都略有耳闻。因为他们曾经在LED灯珠市场也独步天下。笔者在早些年接触LED市场的时候,就常常听到有人提到这个名字。但正如大家所知道的一样,随着中国厂商的崛起,CREE逐渐转型,在经历了出售不成的戏码之后,CREE终于在去年十月宣布,公司正式改名Wolfspeed。

在官方新闻稿中,他们表示,在经过了长达四年的彻底转型,包括剥离掉原先占比三分之二的业务,并重新定位公司的总体核心战略,作为碳化硅(SiC)技术和制造全球领先企业的 Wolfspeed正式宣布成立。“基于 30 多年专精技术的积淀与传承,Wolfspeed 这个名称一方面传递出了像狼一样的优秀品质 – 领导力、智慧和坚韧不拔;另一方面也展现了速度这一典型特征,这体现在公司在创新和运营方面的步伐节奏在业界都是出类拔萃的。”他们进一步指出。

Wolfspeed之所以能在SiC市场能有这么足的底气,这与他们占领了市场60%左右的供应有很大的关系。而之所以能拥有如此高的市占率,要追溯到公司的前身CREE在1989年推出的世界上第一款蓝色LED——一款在SiC上生产的产品。

在LED上初战告捷以后,Cree将SiC材料拓展到其他领域:1991年,他们推出全球首款商用SiC晶圆;1998年,他们又打造出业界首款采用SiC的GaN HEMT;2000年后,他们再接再厉,在2002年推出首款600V商用SiC JBS肖特基二极管,2011年,他们又推出了历时20年研发的,全球首款SiC MOSFET。

而按照相关资料介绍,Cree(Wolfspeed)之所以能够在SiC衬底市场上拥有如此强的号召力,与这类型产品制造极为困难,但类似Cree这样的企业在过去的发展过程中,已经趟过不少坑,积累了很多“know-how”有关。

公众号“水滴石开”的作者沈斌在其文章中也说到:“衬底的生产过程中的精确控制一直是个核心难点。SiC单晶生长温度高达2,300℃,且碳化硅只有‘固-气’二相,相比于第一代、第二代半导体的“固-液-气”三相,控制起来要困难得多,没有相关技术进行参考借鉴。加上SiC的单晶结构差不多有200余种同分异构体,很多的晶型间的自由能差异非常小,这些都给其单晶的产业化生长制备带来了很大的挑战。直接的结果是,sic单晶体中的缺陷一直是核心要解决的问题。”

正因为如此,曾经的Cree,现在的Wolfspeed不但在SiC器件方面获得了客户的认可,在衬底方面也屡创佳绩。在去年八月,Wolfspeed与ST联合宣布,双方将现有碳化硅(SiC)晶圆片多年长期供货协议总价提高至5亿美元以上,并延长协议有效期。这份延长供货协议将原合同总价提高一倍,按照协议规定,Cree在未来几年内向意法半导体提供先进的150mm碳化硅裸片和外延晶圆。增加晶圆供应量让市场领先的半导体厂商意法半导体能够满足全球市场,尤其是汽车和工业应用对碳化硅功率器件快速增长的需求。

此外,Wolfspeed还和SiC器件的竞争对手安森美和英飞凌达成了衬底长期供货协议。他们都是这个市场当仁不让的领头羊,且在碳化硅晶圆市场上,还有II-VI、昭和电工和Dow Corning等竞争对手,这足以可以说明Wolfspeed在这个市场的影响力。但他们不能高枕无忧,因为竞争对手正在汹涌而至,挑战他们的地位。

竞争对手频频出招


在对SiC衬底的争夺方面,可以从两个纬度看。一方面,是那些器件厂商打造自己的衬底供应,消防队罗姆和ST打造自己的全供应链。这在半导体行业观察之前的文章 《买下那家SiC衬底供应商》 中有描述,在本文我们就不再赘述。

另一方面,第三方SiC供应的争夺也逐渐白热化。首先大家熟悉的,多年的竞争对手的出招。II VI在去年三月宣布,计划扩大其在中国的碳化硅(SiC)晶圆加工生产基地。报道指出,该计划将在5年内将其SiC基板的生产能力提高5到10倍,包括直径200毫米的衬底;昭和电工在去年八月也宣布,将藉由公募增资、第三者配额增资筹措约1,100亿日圆资金,其中约700亿日圆将用于扩增SiC晶圆等半导体材料产能。

除了上述企业外,日经经济新闻在日前报道中指出,日本企业住友金属矿山(简称住友矿山)开始量产新一代功率半导体使用的晶圆。

报道表示,住友金属矿山于2017年收购了电子部件经销商加贺电子旗下的碳化硅基板开发企业日本SICOXS,一直在推进共同研究。在晶圆制造方面,将主要由东京的青梅工厂负责前制程、由鹿儿岛县的鹿儿岛工厂负责后制程,然后供货。

日经指出,因为住友矿山开发出了相关技术,在因结晶不规则而价格较低的底层「多晶碳化硅」上贴一层可以降低发电损耗的「单晶碳化硅」,从而做成1片晶圆。据悉与只用单晶碳化硅的传统産品相比,价格低1~2成。按照日经的说法,住友矿山要抢占美国科锐(CREE)等领先企业的市场,而预计2025年实现月産1万片。此外,住友矿山还考虑开发可以高效量产功率半导体的直径8英吋産品,并在海外建设生産基地等。

无独有偶,全球硅晶圆大厂环球晶对这个市场也虎视眈眈。

据报道,环球晶董事长徐秀兰之前在出席国际光电大展时透露,明年将同步扩产GaN(氮化镓) 与SiC(碳化硅) ,产能均将翻倍成长。报道指出,环球晶目前6 吋SiC 衬底月产能约2000 片,部分客户已开始出货,据悉,由于客户需求强劲,明年6 吋SiC 衬底产能将不只翻倍增,而是呈现倍数成长,可望扩增至5000 片,也有机会进一步提升至8000 片。

去年九月,韩国SK 集团也宣布,计划在碳化硅衬底业务上投资 7000 亿韩元(约合 38亿元人民币),以期 2025 年成为世界尖端材料市场的龙头。根据报道,SK 集团计划将 SiC 晶圆的生产能力从2021年的年产3万片增加到 2025 年的每月 5万片,大幅提高他们的市占率。该他们预测,2021 年 ,公司SiC 晶圆业务的销售额将达到 300 亿韩元,并计划到 2025 年将销售额提高到 5000 亿韩元

SOI晶圆供应商Soitec在去年11月30日也宣布,收购碳化硅晶圆抛光和回收公司NOVASiC,以推动电动汽车和工业应用电源系统半导体的开发。Soitec表示,他们将通过独特的碳化硅技术SmartCut,用多晶碳化硅衬底,来提高单晶供体碳化硅衬底的重复使用率、良率、性能。

当然,正在大力发展半导体产业的中国,也自然不会错过这个机会。如最近上市的天岳就是国内SiC衬底的供应商。另外还有天科合达和三安光电等本土企业正在深耕这个领域。

不过,正如天岳在招股说明书中所说:“根据公开信息,行业龙头科锐公司能够批量供应 4 英寸至 6 英寸导电型和半绝缘型碳化硅衬底,且已成功研发并开始建设 8 英寸产品生产线。目前,公司主要产品是 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底,6 英寸半绝缘型和 6 英寸导电型衬底已形成小批量销售,与全球行业龙头尚存在一定的差距。”

这可以看作国内碳化硅衬底的一个缩影,但可以肯定的是。作为全球最有影响力的市场之一,中国厂商在这个赛道的未来表现绝对不容忽视。

Wolfspeed的应对之策


对Wolfspeed而言,面对来势汹汹的竞争者,扩产是他们的一个重要的手段。

早在2019年五月,他们就宣布,作为公司长期增长战略的一部分,公司将投资10亿美元用于扩大碳化硅产能,在美国总部北卡罗莱纳州达勒姆市建造一座采用最先进技术的自动化200mm SiC碳化硅生产工厂和一座材料超级工厂。

报道指出,这是Cree有史以来最大的生产投资,将为Wolfspeed碳化硅和碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)业务提供动能。这次产能扩大在2024年全部完工后,将带来碳化硅晶圆制造产能的30倍增长和碳化硅材料生产的30倍增长,以满足2024年之前的预期市场增长。Cree首席执行官Gregg Lowe在去年八月也再次确认,其位于纽约州马西镇的碳化硅(SiC)晶圆厂有望在2022年初投产。

按照微信公众号“01芯闻”的作者所说,从Wolfspeed给出的碳化硅衬底总产能规划来看,他们在2022财年和2024财年的8寸碳化硅衬底产能分别为每周2千3百片和3千3百片。假设这些衬底没有作为材料销售或者制作射频器件,而是全部用来生产32平方毫米碳化硅MOSFET,理论上科锐的Durham 6寸线和MVF(Mohawk Valley FAB) 8寸线在2022财年和2024财年可以至多满足一百七十万台和两百四十万台电动汽车逆变器的需求。

与此同时,往八英寸碳化硅晶圆的过渡,也是Wolfspeed的回应方式之一,这也是业界先进正在追逐的目标。

在半导体行业观察之前的文章 《SiC,进入八英寸时代!》 中,有对八英寸碳化硅晶圆的好处进行了描述。“01芯闻”的作者也指出,进入八英寸,每片晶圆中理论上可用的裸片数量(GDPW,又称PDPW)大大增加。以32平方毫米的裸片为例,从六寸晶圆扩大到八寸晶圆,每片晶圆上的裸片数量增加了近90%, 且边缘裸片的数量占比从14%减少了7%。他继续表示,从目前的测试数据来看,Wolfspeed的八寸碳化硅晶圆在做完化学机械抛光CMP后的良率可到90%以上,复合公司之前透露的数据(预期八寸良率超过目前的6寸线20%-30%)。

Wolfspeed方面在去年十月底的财报说明上也表示,单从晶圆加工成本来看,从六英寸升级到八英寸,成本是增加的,但是八英寸晶圆得到的优良die数量增加了20-30%,产量更高,所以芯片成本更低。

“我们大约两年前就开始建造200毫米的工厂,我们还花了大约1.25-1.5年的时间来运行与调试,现在200mm的工厂马上就要上线,目前的生产运行情况令人鼓舞。对手现在要从零开始建设200mm工厂的周期会超过两年。”Wolfspeed在财报会上骄傲地说。

可以肯定的是,未来围绕着SiC衬底的竞争会愈发激烈。而产业格局将走向何方,相信不用很多年我们就能看到结果。届时,中国企业能跑到什么位置,这也值得大家期待。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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