碳化硅器件發(fā)展趨勢向好分析

碳化硅器件發(fā)展趨勢向好分析碳化硅器件發(fā)展趨勢向好受限于硅材料的自身特性，傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體器件已接近其物理極限，而以碳化硅為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體功率器件，憑借更高的電壓等級、更快的開關(guān)速度、更強(qiáng)的高溫承受能力、更低的損耗等優(yōu)勢，已逐步應(yīng)用至新能源汽車、不間斷電源、交流電機(jī)驅(qū)動器等領(lǐng)域。碳化硅二極管和碳化硅MOSFET作為技術(shù)相對成熟的兩類碳化硅功率器件，已率先在下游應(yīng)用領(lǐng)域替代硅基的功率器件。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2020年及2021年全球碳化硅器件市場規(guī)模分別達(dá)到5．84億美元、9．23億美元，增速為58．16%。根據(jù)Yole發(fā)布PowerSiC2022報告，到2027年碳化硅器件市場預(yù)計(jì)將超過70億美元，比2021年的約10億美元增長60億美元。相比于硅基功率器件，目前碳化硅功率器件的生產(chǎn)成本相對較高，一定程度上阻礙了碳化硅功率器件的快速推廣使用。受益于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策對第三代半導(dǎo)體材料的支持，近年來對第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈的資金投入不斷增多。憑借規(guī)模效應(yīng)帶來的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，碳化硅功率器件的成本有望在未來幾年中有所下降，并將有利于碳化硅功率器件在更多下游應(yīng)用領(lǐng)域中替代硅基的功率器件。日韓廠商高度壟斷，國內(nèi)廠商加速突破前五大制造商格局穩(wěn)定，外資壟斷現(xiàn)象持續(xù)。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2020年全球前五大硅片制造商分別為日本信越化學(xué)、環(huán)球晶圓、德國世創(chuàng)、SUMCO和韓國SKSiltron，共占據(jù)86．6%的市場份額。國內(nèi)市場在大尺寸硅片上對外資企業(yè)依然具有依賴性，主要進(jìn)口地區(qū)為日本、中國臺灣和韓國。國產(chǎn)廠商加大研發(fā)投入，加速實(shí)現(xiàn)。由于硅片供應(yīng)緊缺，海外大廠會優(yōu)先保障海外晶圓廠硅片供給，給國內(nèi)硅片廠帶來了加速替代的機(jī)遇。國內(nèi)供應(yīng)商產(chǎn)品技術(shù)水平快速提升，國內(nèi)晶圓廠對國產(chǎn)半導(dǎo)體材料的驗(yàn)證及導(dǎo)入正在加快，如滬硅產(chǎn)業(yè)、立昂微、中環(huán)股份等企業(yè)已順利通過驗(yàn)證。中國大陸硅片整體產(chǎn)能加大投入，加速追趕國際龍頭廠商。光刻膠供應(yīng)緊張，正當(dāng)時目前國內(nèi)從事半導(dǎo)體光刻膠研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)包括晶瑞股份、南大光電、上海新陽、北京科華等。主要以i/g線光刻膠生產(chǎn)為主，應(yīng)用集成電路制程350nm以上。KrF光刻膠方面，北京科華、徐州博康已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。南大光電ArF光刻膠產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對較快，公司先后承擔(dān)國家02專項(xiàng)高分辨率光刻膠與先進(jìn)封裝光刻膠產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目和ArF光刻膠產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，也是第一家ArF光刻膠通過國內(nèi)客戶產(chǎn)品驗(yàn)證的公司，其他國內(nèi)企業(yè)尚處于研發(fā)和驗(yàn)證階段。細(xì)分領(lǐng)域（一）汽車電子汽車半導(dǎo)體按種類可分為MCU、功率半導(dǎo)體（IGBT、MOSFET等）、傳感器及其他。隨著新能源車技術(shù)提升，相關(guān)半導(dǎo)體芯片需求逐漸提升。ICInsights預(yù)測，未來MCU出貨量將持續(xù)上升，車規(guī)級MCU市場將在2020年接近460億元，2025年將達(dá)700億元，單位出貨量將以11．1％復(fù)合增長率增長。IHSMarkit預(yù)測，全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將從2018年的391億美元增長至2021年的441億美元，年化增速為4．1%。據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2019年全球CIS市場規(guī)模170億美元，預(yù)計(jì)2024年全球CIS市場規(guī)模將達(dá)到240億美元，年化增速7%。（二）手機(jī)產(chǎn)業(yè)射頻芯片受下游5G手機(jī)創(chuàng)新量價齊升。根據(jù)Skyworks預(yù)測，到2020年5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番，新增50個以上通信頻段，某些高端手機(jī)濾波器的數(shù)量到2020年甚至可100只。Yole預(yù)測2017年射頻前端市場規(guī)模為147億美元，2023年射頻前端的市場規(guī)模將達(dá)341億美元，復(fù)合增速14%。光刻膠：半導(dǎo)體工藝核心材料，道阻且長光刻膠是光刻工藝最重要的耗材。光刻膠是一種通過特定光源照射下發(fā)生局部溶解度變化的光敏材料，主要作用于光刻環(huán)節(jié)，承擔(dān)著將掩模上的圖案轉(zhuǎn)化到晶圓的重要功能。進(jìn)行光刻時，硅片上的金屬層涂抹光刻膠，掩膜上印有預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案，光線透過掩膜照射光刻膠。如果曝光在紫外線下的光刻膠變?yōu)槿軇?，清除后留下掩膜上的圖案，此為正性膠，反之為負(fù)性膠。（一）先進(jìn)制程推動產(chǎn)品迭代，半導(dǎo)體光刻膠壁壘最高光刻膠可以根據(jù)曝光光源波長、顯示效果和化學(xué)結(jié)構(gòu)三種方式進(jìn)行分類。根據(jù)曝光波長的不同，目前市場上應(yīng)用較多的光刻膠可分為g線、i線、KrF、ArF和EUV5種類型。光刻膠波長越短，加工分辨率越高，不同的集成電路工藝在光刻中對應(yīng)使用不同波長的光源。隨著芯片制程的不斷進(jìn)步，每一代新的光刻工藝都需要新一代的光刻膠技術(shù)與之相匹配。g/i線光刻膠誕生于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時主流制程工藝在0．8-1．2μm，適用于波長436nm的光刻光源。到了90年代，制程進(jìn)步到0．35-0．5μm，對應(yīng)波長更短的365nm光源。當(dāng)制程發(fā)展到0．35μm以下時，g/i線光刻膠已經(jīng)無法制程工藝的需求，于是出現(xiàn)了適用于248納米波長光源的KrF光刻膠，和193納米波長光源的ArF光刻膠，兩者均是深紫外光刻膠。EUV（極紫外光）是目前最先進(jìn)的光刻膠技術(shù)，適用波長為13．5nm的紫外光，可用于10nm以下的先進(jìn)制程，目前僅有ASML集團(tuán)掌握EUV光刻膠所對應(yīng)的光刻機(jī)技術(shù)。根據(jù)顯示效果的不同，光刻膠可分為正性和負(fù)性。如果光刻膠是正性的，在特定光線照射下光刻膠會發(fā)生反應(yīng)并變成溶劑，曝光部分的光刻膠可以被清除。如果為負(fù)性光刻膠，曝光的光刻膠反應(yīng)不再是溶劑，未曝光的光刻膠被清除。光分解型光刻膠采用含有重氮醌類化合物材料作為感光劑，光線照射后發(fā)生光分解反應(yīng)，由油性變?yōu)樗匀軇?，可制造正性光刻膠。光交聯(lián)型光刻膠采用聚乙烯醇月桂酸酯作為光敏材料，光線照射后形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶物，可起到抗蝕作用，適用于制成負(fù)性光刻膠?；瘜W(xué)放大型光刻膠使用光致酸劑作為光引發(fā)劑，光線照射后，曝光區(qū)域的光致酸劑會產(chǎn)生一種酸，并在后熱烘培工序期間作為催化劑移除樹脂的保護(hù)基團(tuán)，使樹脂變得可溶?；瘜W(xué)放大光刻膠對深紫外光源具有良好的光敏性，具有高對比度、分辨率等優(yōu)點(diǎn)。（二）光刻膠市場穩(wěn)定增長，ArFi占比最高半導(dǎo)體光刻膠市場增速穩(wěn)定。伴隨芯片制程工藝的升級，光刻膠市場需求量也隨之增加。根據(jù)TECHECT數(shù)據(jù)，2021年全球光刻膠市場規(guī)模約為19億美元，同比增長11%，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到21．34億美元，同比增長12．32%。具體來看，在7nm制程的EUV技術(shù)成熟之前，ArFi光刻膠仍是市場主流，占比高達(dá)36．8%，KrF和g/i光刻膠分別占比為35．8%和14．7%。（三）多重因素構(gòu)筑壁壘，日企壟斷高端市場1、工藝壁壘光刻膠多用于微米和納米級別的圖形加工，因此產(chǎn)品品質(zhì)要求極高，微粒子及金屬離子含量極低，制造工藝復(fù)雜，研發(fā)和生產(chǎn)都有較高的技術(shù)壁壘。此外，因?yàn)閼?yīng)用需求眾多，光刻膠品類也很多，因此需要通過調(diào)整光刻膠的配方以滿足對應(yīng)的需求。2、配套光刻機(jī)光刻膠需要通過相應(yīng)的光刻機(jī)進(jìn)行測試和調(diào)整，目前僅有荷蘭ASML集團(tuán)有能力制造光刻機(jī)，但對我國實(shí)施技術(shù)封鎖。國內(nèi)僅有一家企業(yè)可制造光刻機(jī)，且技術(shù)水準(zhǔn)與ASML集團(tuán)仍有較大差距。3、原材料壁壘光刻膠是主要由光引發(fā)劑、光刻膠樹脂、單體、溶劑及其他助劑形成的溶液。其中樹脂和光引發(fā)劑是光刻膠最核心的部分，樹脂決定光刻膠的硬度、柔韌性、附著力等基本屬性，光引發(fā)劑則決定了光刻膠的感光度、分辨率。目前上游原材料主要被陶氏杜邦、富士膠片等日韓美企業(yè)壟斷。4、客戶認(rèn)證壁壘由于光刻膠的品質(zhì)會直接影響芯片性能、良率等，試錯成本高，客戶驗(yàn)證需要經(jīng)過PRS（基礎(chǔ)工藝考核）、STR（小批量試產(chǎn)）、MSTR（中批量試產(chǎn)）、RELEASE（量產(chǎn)）四個階段，驗(yàn)證周期在兩年以上。日本企業(yè)龍頭地位穩(wěn)固，CR5高達(dá)80%。全球半導(dǎo)體光刻膠2021年行業(yè)前六家企業(yè)占比約為88%，市場集中度高。日本東京應(yīng)化、日本JSR、日本住友化學(xué)、日本富士膠片四大日本企業(yè)分別占據(jù)27%、13%、12%、8%市場份額，美國陶氏杜邦占據(jù)17%的市場份額，韓國東進(jìn)占據(jù)11%的市場份額。半導(dǎo)體板塊產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)體可以分為四類產(chǎn)品，分別是集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器。其中規(guī)模最大的是集成電路，達(dá)到2753億美元，占半導(dǎo)體市場的81%。由于半導(dǎo)體產(chǎn)品中大部分是集成電路。半導(dǎo)體是一類材料的總稱，集成電路是用半導(dǎo)體材料制成的電路的大型集合，芯片是由不同種類型的集成電路或者單一類型集成電路形成的產(chǎn)品。對應(yīng)成大家好理解的日常用品，半導(dǎo)體各種做紙的纖維，集成電路是一沓子紙，芯片是書或者本子。集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母IC表示。芯片（chip）、或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）在電子學(xué)中是一種把電路（主要包括半導(dǎo)體設(shè)備，也包括被動組件等）小型化的方式，并通常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。半導(dǎo)體處于整個電子信息產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，是各種電子終端產(chǎn)品得以運(yùn)行的基礎(chǔ)。被廣泛的應(yīng)用于PC，手機(jī)及平板電腦，消費(fèi)電子，工業(yè)和汽車等終端市場。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈從上至下大致可以分為三個環(huán)節(jié)：IC設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測試，另外還有相關(guān)配套行業(yè)，設(shè)備和材料。根據(jù)電路功能和性能要求，正確的選擇系統(tǒng)配置、電路形式、器件結(jié)構(gòu)、工藝方案等。專業(yè)從事IC設(shè)計(jì)的公司也被稱為DesignHouse，如Qualcomm（高通）、MTK（聯(lián)發(fā)科）、AMD等，它們沒有自己的晶圓廠。設(shè)計(jì)公司最終輸出的是電路版圖，交給制造廠商，通常把這類公司稱為Fabless。半導(dǎo)體政策大基金一期主要投向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中游，包括制造、設(shè)