SiC碳化硅是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料，是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一。在前期的文章里给大家详述了其应用以及生产工艺流程等，今天给大家简单介绍一下其生产过程中的关键设备单晶炉及其市场预测以及生产企业，如有不足，欢迎加群指正交流。

一、 碳化硅制造

1、 碳化硅制造主要环节及衬底制备流程

由于碳化硅具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点，可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求，可广泛应用于新能源汽车、光伏、工控、射频通信等领域，随着相关行业快速发展，以碳化硅为代表的第三代半导体市场迎来新的机遇。

碳化硅衬底的生产流程包括长晶、切片、研磨和抛光四个环节。

长晶：核心环节，通过物理气相传输法（PVT）在高温高压的条件下，将碳化硅原料气化并沉积在种子晶上，形成碳化硅单晶锭。

切片：将碳化硅单晶锭沿着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。

抛光：提高晶片表面光洁度和平整度。

2、 碳化硅衬底制备技术难点

碳化硅衬底制备主要面临晶体生长条件苛刻、晶体杂质控制难度高、晶体生长慢、工艺难度大等技术难点：

①碳化硅晶体生长需在2,000℃以上的高温环境中进行，高于传统硅片制备所需的温度要求，生长条件非常苛刻，且生长过程不可见。高温环境对设备和工艺的控制提出极高要求，需要精确调控生长温度和压力，以保证晶体生长品质；

②碳化硅晶体结构类型众多，但仅其中少数几种晶体结构的碳化硅为所需材料，杂质控制难度高，故在晶体生长过程中，需精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速度以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，降低产品良率；

③碳化硅晶体生长速度缓慢，使用当前主流的物理气相传输法约7天才能生长约2cm厚度的碳化硅晶体，并且随着碳化硅晶体尺寸扩大，其生长工艺难度呈几何级增长。与硅基材料相比，碳化硅衬底工艺难度高，制备效率低，具有稳定量产能力且高质量的碳化硅衬底技术壁垒较高。

二、 碳化硅单晶炉

1、 碳化硅单晶炉的用途

碳化硅单晶炉主要用于产业链中衬底材料的制造，通过将高纯硅粉及碳粉等原料合成碳化硅微粉，置于碳化硅单晶炉内进行碳化硅单晶生长，再经晶锭切磨抛及清洗等工序后，形成碳化硅衬底。

与传统硅基器件制造过程相比，碳化硅器件成本构成中，衬底和外延占比合计达到约75%，远高于传统硅基器件衬底和外延约11%的占比，是碳化硅产业链中价值量最高的环节。此外，衬底和外延质量对器件性能优劣起至关重要作用，提升其良率为碳化硅器件制备主要攻克目标，故作为碳化硅晶体生长的起点，碳化硅单晶炉对碳化硅衬底及外延的质量具有重大影响。

2、 碳化硅单晶炉长晶方式

碳化硅单晶炉长晶方式（晶体制备方法）主要包括物理气相传输（PVT）、高温化学气相积淀（HTCVD）及液相外延（LPE），PVT法为国内外厂商采用的主流制备方法。

HTCVD法的主要技术挑战是沉积温度的控制。

LPE法的主要技术挑战是生长速率和结晶质量的平衡。

碳化硅单晶炉长晶方式

PVT碳化硅单晶炉的晶体生长过程：

将高纯碳化硅粉料置于单晶炉内的石墨坩埚底部，并将碳化硅籽晶粘结在坩埚盖内部。

通过电磁感应加热或电阻加热的方式令坩埚内的温度升高至2000℃以上，并在坩埚内形成轴向温度梯度，使籽晶处的温度略低于粉料处。

碳化硅粉料分解成硅原子、SiC2 分子以及 Si2C 分子等气相物质，在温度梯度的驱动下从高温区（粉料）向低温区（籽晶）输送，在籽晶的碳面上按照籽晶的晶型进行有规律的原子排列，使晶体逐渐增厚，进而生长成碳化硅晶锭。

三、 单晶炉设备企业

国内厂商已经较好的实现了碳化硅单晶炉的国产化。国内碳化硅单晶炉厂商包括晶升股份、北方华创等专业晶体生长设备供应商，以及采用自研/自产设备供应模式的碳化硅衬底材料厂商，基本实现了设备国产化率。

北方华创2018年切入市场，2022年预计出货超500台，累计出货约千余台，晶升股份2015年切入市场，2022年预计出货200~240台，累计出货约500台。

北方华创/晶升股份碳化硅单晶炉（左/右）

国内碳化硅单晶炉设备供应商目前可分为三个梯队：

第一梯队

晶升股份及北方华创为国内碳化硅单晶炉主要厂商，具备国内领先的碳化硅单晶炉产业技术能力，产品已大批量交付多家国内下游碳化硅材料主流厂商。

第二梯队

宁波恒普真空科技股份有限公司已实现向下游碳化硅厂商的小批量交付。

沈阳中科汉达科技有限公司主要根据自产/自研设备碳化硅厂商的设计及技术要求，配套生产供应碳化硅单晶炉主要部件。

国内其他碳化硅单晶炉厂商包括连城数控、哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司、山东力冠微电子装备有限公司、厦门天三半导体有限公司、上海汉虹精密机械有限公司、苏州优晶光电科技有限公司、磐石创新（江苏）电子装备有限公司及江苏卓远半导体有限公司等。多数设备厂商处于样机开发及验证阶段，未实现设备批量供应。

第三梯队

国内采用自研/自产模式实现晶体生长设备供应的碳化硅厂商主要包括天科合达、晶盛机电、露笑科技、河北同光半导体股份有限公司、山西烁科新材料有限公司（山西烁科晶体有限公司）等。上述碳化硅厂商自研/自产晶体生长设备主要用于其自身碳化硅衬底的生产制造，不存在大批量对外销售设备的情形。

四、 单晶炉市场预测

预计2025年全球/国内SiC单晶炉新增市场空间约100/40亿元，2023-2025年CAGR为63%/75%。

数据来源：Yole，东吴证券研究所

2022-25年碳化硅单晶炉单价约60/55/50/50万元/台，单台产能（已考虑良率）分别为350/400/450/500片/年，产能利用率维持70%；

2022年半绝缘型碳化硅衬底价格约7000元/片（稍贵于导电型衬底），2025年有望降低到6000元/片。

文章资料参考：

东吴证券《S i C 行 业 深 度 报 告 ：S i C 东风已来， 关 注 衬 底 与 外 延 环 节 的 材 料 +设 备 国 产 化 机 遇》

晶升股份 《招股书上会稿》https://pdf.dfcfw.com/pdf/H2_AN202209211578566066_1.pdf?1663780466000.pdf