中國粉體網(wǎng)訊  外延工藝是整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)中非常關(guān)鍵的一環(huán)，所有的器件基本上都是在外延上實(shí)現(xiàn)，所以外延的質(zhì)量對器件的性能是影響非常大，同時(shí)外延的質(zhì)量又受到晶體和襯底加工的影響，所以外延環(huán)節(jié)在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中起到承上啟下的關(guān)鍵作用。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

近年來，中國碳化硅外延片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已進(jìn)入快速成長期。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年中國碳化硅外延片市場規(guī)模已達(dá)到約16.24億元人民幣，預(yù)計(jì)到2026年有望上升至107億元人民幣。一代設(shè)備，一代工藝，一代產(chǎn)品，下游市場的飛速增長，不斷的擴(kuò)產(chǎn)需求也助推了碳化硅外延設(shè)備的市場增長。根據(jù)TrendForce集邦咨詢分析，2023年中國碳化硅外延設(shè)備市場規(guī)模約1.81億美元，預(yù)計(jì)到2028年將攀升至4.24億美元。

SiC外延是通過載氣將反應(yīng)氣體輸送到反應(yīng)室內(nèi)，使其在一定的溫度和壓力條件下分解并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成中間化合物擴(kuò)散到襯底表面，生長外延層。可見，反應(yīng)室內(nèi)的氣流場和溫度場對SiC外延生長至關(guān)重要。因此，根據(jù)碳化硅外延設(shè)備反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分類，目前有冷壁(垂直或水平)、熱壁（垂直或水平）、行星式和Turbo Disk。水平和垂直冷壁CVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)目前已被淘汰，業(yè)界大部分廠商采用的是熱壁或暖壁式CVD設(shè)備。

碳化硅外延設(shè)備：國際壟斷，國產(chǎn)追趕

當(dāng)下，碳化硅外延技術(shù)已與碳化硅外延設(shè)備高度融合。2021年及之前，國外碳化硅外延設(shè)備占據(jù)主導(dǎo)地位，2014年，TCS等技術(shù)由意大利LPE公司最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，在2017年AIXTRON公司對設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改造，將這個(gè)技術(shù)移植到了商業(yè)的設(shè)備中。

目前，國外碳化硅外延設(shè)備主要企業(yè)包括意大利LPE（被荷蘭ASMI 收購）、德國愛思強(qiáng)AIXTRON、日本鈕富來Nuflare（東芝旗下）、瑞典Epiluvac（被美國維易科Veeco收購）等，2023年以前 LPE、AIXTRON、Nuflare占國內(nèi)市場份額80%以上。

意大利LPE（已被ASM收購）

LPE公司成立于1972年，總部位于意大利米蘭。LPE公司在中國一直保持市場占有率第一，已經(jīng)逐漸成為領(lǐng)先世界外延技術(shù)的企業(yè)之一。其熱壁水平式CVD設(shè)備（如PE106）以高生長速率（>50μm/h）和優(yōu)異的均勻性（厚度不均勻性≤2%，摻雜不均勻性≤5%）著稱，在國內(nèi)市場占有率最高。

德國Aixtron

德國Aixtron公司成立于1983年，是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備制造商，專注于化學(xué)氣相沉積（CVD）設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于化合物半導(dǎo)體（如碳化硅SiC、氮化鎵GaN）和有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域。其溫壁行星式CVD設(shè)備（如G10-SiC）采用多片式生長技術(shù)，單爐可同時(shí)生長6-9片外延片，顯著提升了產(chǎn)能。截至目前，此類機(jī)型在國內(nèi)用戶端使用較少，在多片一致性和缺陷控制方面仍面臨挑戰(zhàn)，在一定程度上制約了其工程化應(yīng)用。

日本Nuflare

日本Nuflare公司（Nuflare Technology, Inc.）成立于1984年，總部位于日本橫濱，是東芝集團(tuán)旗下的核心企業(yè)之一。Nuflare以其在碳化硅外延設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢聞名，尤其在高速旋轉(zhuǎn)和缺陷控制方面處于國際領(lǐng)先地位。準(zhǔn)熱壁立式CVD設(shè)備（如EPIREVOS系列）通過高速旋轉(zhuǎn)和優(yōu)化的流場設(shè)計(jì)，將外延片的缺陷密度控制在0.1cm^-2以下， Nuflare工程師Yoshiaki Daigo曾稱，片內(nèi)厚度和摻雜濃度不均勻性分別達(dá)到 1%和2.6%。

國內(nèi)企業(yè)北方華創(chuàng)、晶盛機(jī)電、芯三代等，均已推出成熟的外延設(shè)備。

晶盛機(jī)電

晶盛機(jī)電2023年推出6英寸雙片式SiC外延設(shè)備，通過優(yōu)化反應(yīng)室設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了上下層工藝氣體的獨(dú)立調(diào)控，溫差控制在5℃以內(nèi)，顯著提升了產(chǎn)能。其設(shè)備厚度不均勻性≤2%，摻雜不均勻性≤5%，已接近國際領(lǐng)先水平。

芯三代

芯三代成立于2020年9月，公司專注于碳化硅等第三代半導(dǎo)體核心裝備的研發(fā)與生產(chǎn)。憑借國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，成為目前國內(nèi)唯一成熟的垂直式、6/8英寸兼容SiC外延設(shè)備供應(yīng)商。借鑒Nuflare的垂直氣流技術(shù)，開發(fā)了具有雙腔結(jié)構(gòu)的外延設(shè)備，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率和均勻性。其設(shè)備生長速率可達(dá)50μm/h，缺陷密度控制在0.5cm^-2以下。

北方華創(chuàng)

北方華創(chuàng)是中國半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化的核心力量，通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新與戰(zhàn)略整合（如收購Akrion、芯源微），已形成覆蓋刻蝕、薄膜沉積、清洗、離子注入等全流程設(shè)備能力。其SiC外延設(shè)備MARS iCE115/120S，工藝調(diào)試簡單，維護(hù)便捷，迅速占領(lǐng)市場。其中MARS iCE120S兼容6/8英寸SiC外延，具備C2C能力，為SiC產(chǎn)業(yè)過渡期提供良好選擇。

總的來說，在技術(shù)類型上，國內(nèi)廠商晶盛機(jī)電、北方華創(chuàng)、芯三代、中電48所和深圳納設(shè)智能主要借鑒LPE的水平氣流和單片外延方式，其中芯三代也研發(fā)Nuflare垂直氣流和雙腔外延方式。

在市場規(guī)模上，國外碳化硅外延設(shè)備產(chǎn)能緊張，交付周期普遍長達(dá)1.5-2年，這為國產(chǎn)碳化硅外延設(shè)備提供了機(jī)遇。根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，國內(nèi)外延設(shè)備市場主要由北方華創(chuàng)、晶盛機(jī)電、納設(shè)智能、中電科48所等本土廠商占據(jù)，這四家廠商市場份額合計(jì)約51%。國內(nèi)本土設(shè)備在國內(nèi)市場加速滲透，部分廠商訂單量已超過國際大廠LPE，并已開始布局8英寸外延設(shè)備。

8英寸設(shè)備之爭

8英寸碳化硅晶圓憑借更小的邊緣損耗和更大的有效面積，結(jié)合量產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)，有望將成本降低60%以上。其襯底和外延材料的量產(chǎn)已近在眼前，關(guān)鍵在于配套設(shè)備的推進(jìn)速度。

2022年9月13日，AIXTRON在行業(yè)會(huì)議上推出全新的G10-SiC 200mm外延系統(tǒng)。該設(shè)備提供9x150mm和 6x200 mm的靈活雙晶圓尺寸配置，有助于SiC 行業(yè)從6英寸晶圓直徑過渡到8英晶圓直徑。此外，LPE和意法半導(dǎo)體也合作開發(fā)了自己的8英寸碳化硅外延爐PE108。

國內(nèi)晶盛機(jī)電發(fā)布消息稱公司已成功研發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備。目前，在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎(chǔ)上，已實(shí)現(xiàn)8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備的自主研發(fā)與調(diào)試，外延的厚度均勻性1.5%以內(nèi)、摻雜均勻性4%以內(nèi)，已達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

納設(shè)智能自主研發(fā)的全自動(dòng)雙腔8英寸碳化硅外延設(shè)備及多臺(tái)8英寸單腔設(shè)備交付龍頭客戶。其采用獨(dú)立雙腔體架構(gòu)，獨(dú)創(chuàng)的反應(yīng)腔室設(shè)計(jì)讓客戶運(yùn)營成本大大降低，同時(shí)創(chuàng)新性融合多區(qū)獨(dú)立進(jìn)氣控制與智能溫場系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)6英寸與8英寸晶圓的高兼容性生產(chǎn)。在工藝性能上，外延層厚度均勻性穩(wěn)定在1%以內(nèi)，摻雜均勻性達(dá)2%以內(nèi)，缺陷密度≤0.1cm²，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。

小結(jié)

在產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張浪潮下，碳化硅外延廠商紛紛大幅擴(kuò)產(chǎn)，帶動(dòng)設(shè)備市場持續(xù)擴(kuò)容。新玩家涌入推動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在生長速率、COO成本、穩(wěn)定性、維護(hù)便利性及可靠性等方面穩(wěn)步提升，疊加大尺寸設(shè)備的開發(fā)推進(jìn)與國產(chǎn)替代加速，外延環(huán)節(jié)降本進(jìn)程顯著提速。

來源：

袁福順等：碳化硅外延設(shè)備技術(shù)研究

碳化硅芯觀察：市場|國產(chǎn)碳化硅外延爐設(shè)備競爭江湖

集邦化合物半導(dǎo)體：國內(nèi)碳化硅外延片市場簡析

深企投產(chǎn)業(yè)研究院：2025年第三代半導(dǎo)體SiCGaN產(chǎn)業(yè)鏈研究報(bào)告

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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