12英寸SiC，再添新玩家

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在SiC行业逐步进入8英寸时代后，业界并没有停下脚步，开始投入到12英寸衬底的开发中。

去年11月，天岳先进率先出手，发布了行业首款12英寸碳化硅衬底；一个月后，烁科晶体也宣布成功研制差距12英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底，并同期研制成功12英寸N型碳化硅单晶衬底；今年三月，天科合达、晶盛机电等也展出了其12英寸SiC衬底；最近，南砂晶圆公开展示了12英寸导电型SiC衬底，国内12英寸SiC又添一名新玩家。

为什么要12英寸？

正如硅晶圆从6英寸到8英寸，再到如今的12英寸，SiC衬底尺寸从8英寸升级至12英寸也是行业的重要趋势，核心目的只有一个，那就是提高器件生产效率以降低成本。

12英寸SiC衬底相比8英寸，能够进一步扩大单片晶圆上可用于芯片制造的面积，大幅提升合格芯片产量。在同等生产条件下，显著提升产量，降低单位成本，进一步提升经济效益，为碳化硅材料的更大规模应用提供可能。

更大的晶圆尺寸，意味着单片晶圆所能够制造的芯片数量更多，晶圆边缘的浪费减少，单芯片成本降低。Wolfspeed的报告显示，以32mm为例，8英寸晶圆上的裸片数量相比6英寸增加近90%，同时边缘裸片数量占比从14%降低至7%，也就是说8英寸晶圆利用率相比6英寸提升了7个百分点。

从产能提升的角度，12英寸晶圆表面积是8英寸的1.75倍，理想情况下，不考虑良率时，12英寸晶圆能够产出的32mm2面积裸片数量，是8英寸的两倍以上。由于边缘弧度更大，在产出小面积裸片时，12英寸的晶圆利用率还会进一步提高。

尽管当前SiC器件大量产线能仍停留在6英寸，并且成本经过近几年的上游材料产能扩张，以及下游需求端增速开始逐步放缓，实际上SiC器件的价格已经大幅下降。

那么更大尺寸的衬底是不是没有意义了？也不是，升级12英寸对于SiC产业而言仍是有重要的战略意义的。一方面，由于产能的大幅提升，可以显著降低成本，同时产线的复杂度不会产生太大变化，对于企业运营来说，有效降本能增加利润空间，且先发者会有更大的优势；其次，12英寸衬底对工艺要求更高，能够推动设备的升级，能够一定程度提高器件性能和良率。

设备和工艺上的难点

最近，随着上游的衬底厂商纷纷展出12英寸SiC衬底，给产业链带来了信号，中游的设备厂商也在加快相关12英寸SiC的产线设备研发，我们也注意到，今年以来已经有不少厂商推出了针对12英寸SiC制造的设备。

比如，大尺寸会带来新的工艺控制难题，12英寸衬底尺寸增大后，切割过程中热应力分布更复杂，厚度偏差可能导致后续器件性能不稳定；切割后表面粗糙度需达到纳米级，对化学机械抛光（CMP）工艺提出更高要求。
此前西湖大学孵化的西湖仪器成功实现12英寸碳化硅衬底激光剥离自动化解决方案，实现了碳化硅晶锭减薄、激光加工、衬底剥离等过程的自动化，解决了12英寸及以上超大尺寸碳化硅衬底切片难题，大幅降低损耗，提升加工速度，推进了碳化硅行业的降本增效。

此外，天晶智能、大族半导体等都推出了针对12英寸SiC的多线切割机产品。

在长晶方面，更大尺寸的SiC也面临很多难题，比如热场均匀性控制，在使用物理气相传输法PVT生长碳化硅时，12英寸晶圆需要更大的石墨坩埚和更高的温度。温度梯度不均会导致晶格缺陷（如微管、位错）增加，且热应力易引发晶体开裂。

又比如在晶体尺寸增大时，杂质扩散和界面不稳定易导致缺陷密度上升，如何做好缺陷密度控制也需要设备的参数调整。

针对晶体生长，目前国内晶驰机电、山西天成、山东力冠都已经宣布推出12英寸SiC长晶炉设备。

小结：

作为降本的关键，目前产业链企业都开始积极投入12英寸SiC的开发中，但总体对于产业链而言还处于起步阶段。目前8英寸的产线才刚刚开始进入规模量产阶段，晶圆制造侧的8英寸产线目前市场上的保有量和产能还有很大的提升空间。从过去8英寸从首次亮相到真正量产用了7年多时间来看，相信碳化硅从8英寸切换到12英寸，中间还需要很长一段时间。