Le point sur la production de substrats et de semiconducteurs SiC dans le monde

TrendForce répertorie les sites industriels qui fabriquent des substrats et des tranches épitaxiées SiC en diamètre 8 pouces à travers le monde. Devenu stratégique, ce format devrait rapidement s’imposer face au format 6 pouces, actuellement dominant, afin de réduire le coût des semiconducteurs SiC de puissance dans les années à venir.

Avec le développement des applications de puissance, en particulier le véhicule électrique, l’appel à la réduction des coûts des semiconducteurs en carbure de silicium (SiC) se fait de plus en plus pressant, notamment au niveau du substrat qui représente la part la plus élevée dans l’ensemble de la structure des coûts, atteignant environ 50 %, selon TrendForce.

A ce titre, le passage à des diamètres de substrats plus importants s’avère inéluctable afin d’améliorer les rendements de production. L’analyste relate ainsi que le passage d’un format 4 pouces (100 mm) à un format 6 pouces (150 mm), le format le plus répandu actuellement, a permis de réduire les coûts de 50% par unité, selon le fabricant chinois de substrats SiC TankeBlue Semiconductor. Et en passant de 6 à 8 pouces (200 mm), le coût pourrait être réduit de 35% supplémentaires.

Si le format 6 pouces reste actuellement dominant, les substrats SiC de 8 pouces sont clairement, à l’heure actuelle, au cœur du développement de l’outil de production des acteurs du SiC et commencent à pénétrer le marché.

Par exemple, Wolfspeed a annoncé, en juillet 2023, que son usine de fabrication de 8 pouces a commencé à livrer des Mosfet SiC à des clients chinois, note TrendForce. De son côté, TankeBlue Semiconductor a débuté la livraison à petite échelle de substrats SiC de 8 pouces, avec l’intention de réaliser des expéditions à moyenne échelle au cours de l’année 2024.

La course aux substrats SiC de 8 pouces s’accélère

Depuis que Wolfspeed a présenté pour la première fois des échantillons en 2015, les substrats SiC de 8 pouces ont connu un développement important, avec une accélération significative de la technologie et du développement de produits au cours des deux dernières années. Outre Wolfspeed, qui a désormais atteint une production de masse, TrendForce indique que sept autres fabricants devraient parvenir à une production de masse de substrats SiC 8 pouces cette année ou d’ici fin 2025.

En termes d’investissement, Wolfspeed continue de construire le John Palmour Silicon Carbide Manufacturing Center, une usine de substrats SiC située en Caroline du Nord (États-Unis) pour répondre à la demande croissante de tranches de 8 pouces. Coherent a également annoncé l’année dernière son intention d’étendre sa production de substrats et de tranches épitaxiées de 8 pouces, avec des projets d’expansion à grande échelle aux États-Unis et en Suède, note TrendForce. Coherent a d’ailleurs reçu un milliard de dollars de la part de Mitsubishi Electric et Denso pour leur fournir sur le long terme des substrats SiC et des wafers de 6/8 pouces.

STMicroelectronics a également investi dans le 8 pouces l’année dernière en s’associant à Hunan Sanan Semiconductor pour construire une usine de substrats SiC qui lui assurera un approvisionnement stable. Parallèlement, ST développe ses propres substrats et a déjà collaboré avec Soitec pour réaliser une production en série de substrats SiC de 8 pouces.

En ce qui concerne les fabricants chinois, TrendForce mentionne qu’au moins 10 entreprises sont actuellement entrées dans une phase d’échantillonnage et de production à petite échelle de substrats SiC de 8 pouces. Il s’agit notamment des sociétés Semisic Crystal, Jingsheng Mechanical & Electrical, SICC, Summit Crystal Semiconductor, Synlight Semiconductor, TanKeBlue Semiconductor, Harbin KY Semiconductor, IV Semitec, Sanan Semiconductor, Hypersics et Yuehaijin Semiconductor Materials.

Mais l’analyste constate que de nombreux autres fabricants chinois recherchent actuellement des substrats de 8 pouces, à l’image de GlobalWafers, Dongni Electronics, Hesheng Silicon Industry ou encore Tiancheng Semiconductor.

À l’heure actuelle, l’écart entre les fabricants chinois de substrats et les géants internationaux se réduit considérablement, constate TrendForce, notant que des sociétés comme Infineon ont établi des partenariats à long terme avec les fabricants chinois SICC et TanKeBlue Semiconductor. D’un point de vue technologique, cet écart réduit reflète l’amélioration globale de la technologie des substrats SiC à l’échelle mondiale. À l’avenir, les efforts concertés de divers fabricants devraient permettre de stimuler encore davantage le développement de la technologie des substrats de 8 pouces, note TrendForce, avec une nette amélioration à venir des volumes fournis et de la qualité des produits.

11 nouveaux projets d’usines de semiconducteurs SiC exploitant le format 8 pouces

Parallèlement à la course aux substrats SiC de 8 pouces, les projets d’extension d’usines de semiconducteurs SiC fabriqués à partir de tranches de 8 pouces ont atteint de nouveaux sommets en 2023. TrendForce estime à environ 12 le nombre de ces projets d’extension mis en œuvre l’année dernière, dont huit ont été menés par des fabricants mondiaux tels que Wolfspeed, Onsemi, STMicroelectronics, Infineon, ou encore Rohm. ST a également collaboré avec Sanan Semiconductor sur un projet, tandis que trois projets ont été menés par les fabricants chinois Global Power Technology, United Nova Technology et J2 Semiconductor.

Par ailleurs, des investissements importants dans de nouvelles usines de semiconducteurs SiC de 8 pouces sont attendus en Europe, aux États-Unis, au Japon, en Corée du Sud, en Chine et en Asie du Sud-Est. À l’heure actuelle, 11 usines de ce type sont en construction ou planifiées dans le monde, d’après le décompte de TrendForce : deux pour Wolfspeed (à Mohawk, aux États-Unis, et dans le Land de Sarre, en Allemagne), une pour Bosch (à Roseville, aux États-Unis), une pour STMicroelectronics (à Catane, en Italie), une pour sa coentreprise avec Sanan (à Chongqing, en Chine), une pour Infineon (à Kulim, en Malaisie), une pour Mitsubishi Electric (à Kumamoto, au Japon), deux pour Rohm (à Chikugo et Kunitomi, au Japon), une pour Onsemi (à Bucheon, en Corée du Sud) , et une pour Fuji Electric (à Matsumoto, au Japon).

La plupart de ces usines ciblent en grande partie le marché du véhicule électrique, – notamment celles de Bosch, Onsemi et STMicroelectronics – qui constitue le principal moteur de croissance du SiC, actuellement et à l’avenir, et tire le développement d’usines exploitant le diamètre 8 pouces pour réduire le coût des composants SiC. Dans ce domaine, la plateforme haute tension 800 V s’est imposée comme une tendance de fond qui incite les fabricants à développer des semiconducteurs SiC capables de fonctionner jusqu’à 1200 V.

Du point de vue de la chaîne d’approvisionnement, la transition vers des tranches de 8 pouces représente donc une avancée décisive pour les fabricants de SiC, assure TrendForce. Cela d’autant que la concurrence est entrée dans une phase de concurrence intense pour le SiC en 6 pouces, ce qui réduira les marges bénéficiaires des entreprises de plus petite taille et moins compétitives et laisse présager un cycle imminent de consolidation et de restructuration, conclut l’analyste.