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韩国对SiC发起总攻

[编辑:永太净化设备经营部] [时间:2022-08-19]

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半导体行业观察(ID:icbank)| 来源

杜芹DQ| 作者

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要发展SiC,半导体供应链的多个领域必须无缝地结合在一起,以协同达到大规模具有成本竞争力的SiC功率器件制造的顶峰。目前韩国正在进行大量投资,各SiC器件生产商、IDM、纯代工厂、设备制造商,乃至大学、研究院所齐出力,共同开发SiC。

近日,韩国30家本土半导体企业以及大学和研究所将于4月14日组建碳化硅产业联盟,以应对急速增长的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)等宽禁带半导体所引领的新型功率半导体市场,从而形成韩国本土碳化硅生态圈。据悉,联盟内的30家韩国功率半导体企业将共同参与材料、零部件、设备用功率半导体的开发,培育与碳化硅半导体相关的材料、零部件和设备企业的发展。那么韩国在SiC领域的储备和配套如何呢?

01

SiC产业链

SiC的产业链主要由单晶衬底、外延、器件、制造和封测等环节构成。

在这些环节中,SiC衬底是发展SiC的关键。衬底是将高纯度多晶SiC粉末经过升华、晶体生长、切割、研磨、清洗等过程制造而成的晶圆,为薄片形态。为使材料能满足不同芯片的功能要求,需要制备电学性能不同的SiC衬底,主要是两种:低电阻率的导电型SiC衬底,和高电阻率的半绝缘型SiC衬底。

但衬底是不能直接拿来制造大功率和高压高频器件,而必须在单晶衬底上额外沉积一层高质量的外延材料,并在外延层上制造各类器件。在抛光晶圆上采用真空蒸发的方式形成几微米厚度的新的碳化硅单晶层,这就是外延片。几乎所有SiC功率器件的制备均是基于高质量SiC外延片,外延技术对于碳化硅器件性能的充分发挥具有决定性的作用。

在导电型SiC衬底上生长SiC外延层制得的SiC外延片,可进一步制成功率器件,功率器件是电力电子行业的重要基础元器件之一,广泛应用于电力设备的电能转化和电路控制等领域。在半绝缘型SiC衬底上生长氮化镓外延层制得的SiC基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片,可进一步制成微波射频器件,微波射频器件是实现信号发送和接收的基础部件,是无线通讯的核心,主要包括射频开关、LNA、功率放大器、滤波器等器件。

接下来的流程就跟硅基半导体类似,进行制造、封测到最终出来各种各样的SiC器件。

02

韩国SiC产业链布局情况

在衬底领域,韩国的SK Siltron是主要的SiC衬底厂家。2021年2月,SK Siltron宣布已开始生产少量的碳化硅衬底晶片。据日媒《亚洲经济》2月16日报道,韩国SK Siltron正在扩建韩国龟尾2厂,以生产碳化硅晶圆。

SK Siltron 在庆尚北道龟尾的晶圆厂

除了韩国本部,SK Siltron在美国也有两家晶圆厂。最近,SK Siltron表示将在未来5年内,在美国投资约38.42亿人民币,以扩大美国碳化硅晶圆生产规模。2019年9月SK Siltron以28.5亿人民币收购了杜邦SiC晶圆事业部。今年3月份,SK siltron在美国密歇根州贝城建设的碳化硅 (SiC) 半导体晶圆制造工厂 (fab) 开始运营,主要生产6英寸SiC衬底,沙龙国际官方,该工厂将响应ST和英飞凌等当地汽车半导体的需求。预计晶圆年产量在6万片左右。此外,去年下半年,SK siltron还买了一块另一家工厂,该工厂将生产碳化硅晶圆的基础材料,即锭和晶圆。

1月7日,碳化硅衬底公司Scenic签订了洁净室建设合同,准备量产SiC晶片,工期至2022年2月28日结束。Scenic公司的前身是SKC集团的碳化硅子公司,于2004年成立,当时是韩国唯一的碳化硅衬底公司,目前成功开发2英寸至6英寸碳化硅晶圆。Scenic计划将通过IPO筹集的大部分资金用于加强6英寸碳化硅晶圆技术的竞争力和扩建设施,目标是在2023年底前完成包括现代汽车公司在内的主要客户的产品认证,预计从 2024 年开始正式销售。

此外钢铁公司POSCO过去投入了10年时间开发 SiC 单晶,目前POSCO正在开发接近商业150mm和100mm SiC衬底技术。

外延片方面,2021年12月,LX Semicon收购了LG Innotek的SiC半导体有形资产(设备)和无形资产(专利),宣布进军SiC半导体领域。LX Semicon是韩国最大的Fabless企业,也是LG集团控股公司LX控股旗下5家关联公司之一,原名是Siliconworks。作为国家级项目,LG Innotek的SiC元件项目自2019年开始发展,拥有一定的技术储备。如今,LG Innotek将晶圆、器件等SiC材料和相关设备转让给LX Semicon。据韩媒的报道,预计LX Semicon也将开发8英寸SiC半导体材料及元件。就材料来说,LX Semicon开发SiC外延片的可能性很大。

在SiC生产材料方面,HANA Materials公司主要生产电极之间的阳极材料(电流通过半导体的部分)和半导体蚀刻过程中环绕圆形硅晶圆的硅环。他们也用化学气相沉积(CVD)技术制造SiC涂层产品(Coating)和专门的CVD方法生产SiC环(Ring)产品。该公司成立于2007年,2013年该公司建设了SiC的生产线。

SiC涂层

CVD-SiC环

SKC Solmics成立于1995年,是韩国精细陶瓷的先驱。公司生产氧化铝和硅、碳化硅、石英等精细陶瓷产品。在SiC方面,SKC solmics正在开发用于半导体低压化学气相沉积(LP-CVD)工艺的tubes和boats alc tartar产品。其中boat产品是在热氧化扩散CVD工艺中,用于将晶圆运送到下一道工序的容器形产品;tube是在热氧化扩散CVD过程中覆盖船型产品。采用高纯度气流响应烧结法生产,可进行300mm晶圆热处理,具有高纯度和优异的耐热性。目前,用于扩散工艺和LP-CVD工艺的碳化硅产品均为进口产品。因此,预计大规模制造可以随着新的销售而实现进口替代效应。

在SiC器件领域,TRinno Technology公司主要生产SiC JBS以及SiC MOSFET,2021年12月20日,韩国iA集团子公司TRinno Technology负责人透露,他们考虑在中国为SiC半导体建一条新生产线,主要用于电动汽车领域。TRinno 正在寻求向韩国汽车制造商供应SiC半导体,目标是在2022年下半年将SiC应用到汽车上。TRinno Technology 正在评估其在下半年将其 SiC 半导体应用于量产汽车的电子部件的目标。

Yes Power Technix(YPT)是一家专业化的SiC IDM公司,该公司成立于2017年。YPT既生产生产600 - 1200V的碳化硅肖特基二极管和1200 V的碳化硅mosfet,还提供SiC代工服务,包括设计和定制工艺开发。目前具有4英寸SiC生产能力,月产能1500片。2021年1月,SK集团向该公司投资了268亿韩元,Yes Power将建设新的6英寸SiC工厂,预计到 2022 年将 SiC 功率器件的产量翻一番。

韩国车企也加入了自研SiC的大军。2021年9月,据《首尔经济日报》报道,韩国现代汽车计划在内部开发以SiC技术为基础的功率芯片,将被应用到2022年第二季度推出的一款新车上,也就是电动汽车Ioniq 6。

在SiC设备方面,韩国的STI 是一家主要研发半导体石英玻璃电炉、SiC半导体生长炉等设备的设备公司。目前STI自主研发了SiC PVT生长炉,成功的开发出纯度为99.9998%的5N级锭粉,实现了韩国关键半导体材料碳化硅 (SiC) 锭粉的本地化。

STI的SiC PVT生长炉

生产处的SiC锭

代工厂方面,东部高科是一家代工公司,主要代工产品有MCU、显示驱动芯片(DDI)和图像传感器(CIS)等半导体。特别是主要生产Si DDI、MCU、CIS。2021年11月,东部高科(DB HiTek)宣布进军功率半导体,押注SiC和GaN。DB HiTek 通过最大化现有忠北工厂的场地来应对其生产能力。预计将利用Si半导体设备或增加一些新的SiC半导体设备。DB HiTek 计划借此机会实现向综合性系统半导体公司的目标发展。

韩国的RFsemi 此前主要提供从 ECM 芯片、TVS 二极管、MEMS MIC 和 LED 灯的设计到制造的服务。据韩媒的报道,RF Sem拿下了全球60%的电子电容麦克风(ECM)芯片产能。目前RFsemi正将业务扩展到SiC代工业务,2021年10月,RFsemi宣布它已开始为韩国客户生产和供应碳化硅 (SiC) 电源管理 IC。目前其6英寸晶圆厂的产能为每月6,000片晶圆。

03

韩国科研院所的支持

除了各企业产业链在SiC上的奋进,韩国的高校如嘉泉大学、光云大学和国民大学,以及一些科研院所等也将支持SiC的技术研发。

韩国电气技术研究院(KERI,The Korea Electrotechnology Research Institute )是由政府出资的非营利研究机构。韩国电力研究院通过主导电力和公用事业领域的研发工作来推进科学技术,并在韩国SiC电力电子研究中发挥核心作用。它已经开发了SiC二极管和MOSFET技术,其中一些已经转移到其工业合作伙伴。

今年2月10日,韩国原子能研究院(KERI)宣布,他们已开发出一种可以大批量实现碳化硅晶片掺杂的技术。通过该技术,KAERI已经开发了一个可以同时对1000片4英寸碳化硅晶圆进行掺杂的设备。KAERI的目标是到2023年,真正实现碳化硅功率半导体NTD掺杂的商业化。

韩国陶瓷工程技术研究所,电子和通信研究所,国家纳米材料技术研究所也是韩国碳化硅基础设施的一部分,他们在碳化硅单晶生长和碳化硅MOSFET制造技术方面的技术上的成就也得到了相关的认可。

04

结语

从硅到碳化硅的转变,已经不再是能否发生与何时发生的问题,SiC必将开启一个新时代,各国已经纷纷意识到如此。目前来看,韩国的在SiC方面的整体实力较欧美还相对较低,但韩国已经开始在快速应对SiC的到来,大力完善SiC的产业布局,强化竞争优势以期抢夺更多的SiC市场。