SiC碳化硅是由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導(dǎo)體材料，是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一。在前期的文章里給大家詳述了其應(yīng)用以及生產(chǎn)工藝流程等，今天給大家簡單介紹一下其生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備單晶爐及其市場預(yù)測以及生產(chǎn)企業(yè)，如有不足，歡迎加群指正交流。

一、?碳化硅制造

1、?碳化硅制造主要環(huán)節(jié)及襯底制備流程

由于碳化硅具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場強(qiáng)高、電子飽和漂移速率高等特點(diǎn)，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應(yīng)用需求，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏、工控、射頻通信等領(lǐng)域，隨著相關(guān)行業(yè)快速發(fā)展，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體市場迎來新的機(jī)遇。

碳化硅襯底的生產(chǎn)流程包括長晶、切片、研磨和拋光四個環(huán)節(jié)。

長晶：核心環(huán)節(jié)，通過物理氣相傳輸法（PVT）在高溫高壓的條件下，將碳化硅原料氣化并沉積在種子晶上，形成碳化硅單晶錠。

切片：將碳化硅單晶錠沿著一定的方向切割成薄片。

研磨：去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度。

拋光：提高晶片表面光潔度和平整度。

2、?碳化硅襯底制備技術(shù)難點(diǎn)

碳化硅襯底制備主要面臨晶體生長條件苛刻、晶體雜質(zhì)控制難度高、晶體生長慢、工藝難度大等技術(shù)難點(diǎn)：

①碳化硅晶體生長需在2,000℃以上的高溫環(huán)境中進(jìn)行，高于傳統(tǒng)硅片制備所需的溫度要求，生長條件非?？量?，且生長過程不可見。高溫環(huán)境對設(shè)備和工藝的控制提出極高要求，需要精確調(diào)控生長溫度和壓力，以保證晶體生長品質(zhì)；

②碳化硅晶體結(jié)構(gòu)類型眾多，但僅其中少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅為所需材料，雜質(zhì)控制難度高，故在晶體生長過程中，需精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速度以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，降低產(chǎn)品良率；

③碳化硅晶體生長速度緩慢，使用當(dāng)前主流的物理氣相傳輸法約7天才能生長約2cm厚度的碳化硅晶體，并且隨著碳化硅晶體尺寸擴(kuò)大，其生長工藝難度呈幾何級增長。與硅基材料相比，碳化硅襯底工藝難度高，制備效率低，具有穩(wěn)定量產(chǎn)能力且高質(zhì)量的碳化硅襯底技術(shù)壁壘較高。

二、?碳化硅單晶爐

1、?碳化硅單晶爐的用途

碳化硅單晶爐主要用于產(chǎn)業(yè)鏈中襯底材料的制造，通過將高純硅粉及碳粉等原料合成碳化硅微粉，置于碳化硅單晶爐內(nèi)進(jìn)行碳化硅單晶生長，再經(jīng)晶錠切磨拋及清洗等工序后，形成碳化硅襯底。

與傳統(tǒng)硅基器件制造過程相比，碳化硅器件成本構(gòu)成中，襯底和外延占比合計達(dá)到約75%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硅基器件襯底和外延約11%的占比，是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中價值量最高的環(huán)節(jié)。此外，襯底和外延質(zhì)量對器件性能優(yōu)劣起至關(guān)重要作用，提升其良率為碳化硅器件制備主要攻克目標(biāo)，故作為碳化硅晶體生長的起點(diǎn)，碳化硅單晶爐對碳化硅襯底及外延的質(zhì)量具有重大影響。

2、?碳化硅單晶爐長晶方式

碳化硅單晶爐長晶方式（晶體制備方法）主要包括物理氣相傳輸（PVT）、高溫化學(xué)氣相積淀（HTCVD）及液相外延（LPE），PVT法為國內(nèi)外廠商采用的主流制備方法。

HTCVD法的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是沉積溫度的控制。

LPE法的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是生長速率和結(jié)晶質(zhì)量的平衡。

碳化硅單晶爐長晶方式

PVT碳化硅單晶爐的晶體生長過程：

將高純碳化硅粉料置于單晶爐內(nèi)的石墨坩堝底部，并將碳化硅籽晶粘結(jié)在坩堝蓋內(nèi)部。

通過電磁感應(yīng)加熱或電阻加熱的方式令坩堝內(nèi)的溫度升高至2000℃以上，并在坩堝內(nèi)形成軸向溫度梯度，使籽晶處的溫度略低于粉料處。

碳化硅粉料分解成硅原子、SiC2 分子以及 Si2C 分子等氣相物質(zhì)，在溫度梯度的驅(qū)動下從高溫區(qū)（粉料）向低溫區(qū)（籽晶）輸送，在籽晶的碳面上按照籽晶的晶型進(jìn)行有規(guī)律的原子排列，使晶體逐漸增厚，進(jìn)而生長成碳化硅晶錠。

三、?單晶爐設(shè)備企業(yè)

國內(nèi)廠商已經(jīng)較好的實(shí)現(xiàn)了碳化硅單晶爐的國產(chǎn)化。國內(nèi)碳化硅單晶爐廠商包括晶升股份、北方華創(chuàng)等專業(yè)晶體生長設(shè)備供應(yīng)商，以及采用自研/自產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)模式的碳化硅襯底材料廠商，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)備國產(chǎn)化率。

北方華創(chuàng)2018年切入市場，2022年預(yù)計出貨超500臺，累計出貨約千余臺，晶升股份2015年切入市場，2022年預(yù)計出貨200~240臺，累計出貨約500臺。

北方華創(chuàng)/晶升股份碳化硅單晶爐（左/右）

國內(nèi)碳化硅單晶爐設(shè)備供應(yīng)商目前可分為三個梯隊：

第一梯隊

晶升股份及北方華創(chuàng)為國內(nèi)碳化硅單晶爐主要廠商，具備國內(nèi)領(lǐng)先的碳化硅單晶爐產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力，產(chǎn)品已大批量交付多家國內(nèi)下游碳化硅材料主流廠商。

第二梯隊

寧波恒普真空科技股份有限公司已實(shí)現(xiàn)向下游碳化硅廠商的小批量交付。

沈陽中科漢達(dá)科技有限公司主要根據(jù)自產(chǎn)/自研設(shè)備碳化硅廠商的設(shè)計及技術(shù)要求，配套生產(chǎn)供應(yīng)碳化硅單晶爐主要部件。

國內(nèi)其他碳化硅單晶爐廠商包括連城數(shù)控、哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝備與技術(shù)研究院有限公司、山東力冠微電子裝備有限公司、廈門天三半導(dǎo)體有限公司、上海漢虹精密機(jī)械有限公司、蘇州優(yōu)晶光電科技有限公司、磐石創(chuàng)新（江蘇）電子裝備有限公司及江蘇卓遠(yuǎn)半導(dǎo)體有限公司等。多數(shù)設(shè)備廠商處于樣機(jī)開發(fā)及驗證階段，未實(shí)現(xiàn)設(shè)備批量供應(yīng)。

第三梯隊

國內(nèi)采用自研/自產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)晶體生長設(shè)備供應(yīng)的碳化硅廠商主要包括天科合達(dá)、晶盛機(jī)電、露笑科技、河北同光半導(dǎo)體股份有限公司、山西爍科新材料有限公司（山西爍科晶體有限公司）等。上述碳化硅廠商自研/自產(chǎn)晶體生長設(shè)備主要用于其自身碳化硅襯底的生產(chǎn)制造，不存在大批量對外銷售設(shè)備的情形。

四、?單晶爐市場預(yù)測

預(yù)計2025年全球/國內(nèi)SiC單晶爐新增市場空間約100/40億元，2023-2025年CAGR為63%/75%。

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數(shù)據(jù)來源：Yole，東吳證券研究所

2022-25年碳化硅單晶爐單價約60/55/50/50萬元/臺，單臺產(chǎn)能（已考慮良率）分別為350/400/450/500片/年，產(chǎn)能利用率維持70%；

2022年半絕緣型碳化硅襯底價格約7000元/片（稍貴于導(dǎo)電型襯底），2025年有望降低到6000元/片。

文章資料參考：

東吳證券《S i C 行 業(yè) 深 度 報 告 ：S i C 東風(fēng)已來， 關(guān) 注 襯 底 與 外 延 環(huán) 節(jié) 的 材 料 +設(shè) 備 國 產(chǎn) 化 機(jī) 遇》

晶升股份 《招股書上會稿》https://pdf.dfcfw.com/pdf/H2_AN202209211578566066_1.pdf?1663780466000.pdf