SiC市場“蓄勢待發”，哪些裝備耗材還在被卡脖子？
TechInsights 表示，碳化硅市場收益在 2022 年至 2027 年期間將以 35% 的復合年增長率從 12 億美元增長到 53 億美元（當前約 364.11 億元人民幣）。到 2029 年，該市場規模將增長到 94 億美元（當前約 645.78 億元人民幣），其中中國將占一半。
報告指出，近年來，中國半導體企業在開發和生產碳化硅半導體產品方面取得了重大進展，且應用范圍廣泛，這包括了汽車行業。
SiC市場“蓄勢待發”
業內普遍認為，碳化硅功率器件在新能源汽車領域具有顯著的性能等優勢，在主逆變器里，采用碳化硅MOSFET可提高約5%的系統效率。
斯達半導董事長沈華接受采訪也曾表示，主逆變器采用碳化硅讓整車廠有了兩個選擇：一是采用相同電池容量，續航里程可提升5%；二是設計相同的續航里程，但電池容量可減少5%。
目前，各大供應商以及整車廠正圍繞800V架構對電驅系統中的零部件進行迭代更新。而碳化硅的崛起，與電動汽車的800V高壓平臺系統算是「絕配」。在800V高壓平臺火熱的趨勢下，據行業預測，未來幾年SiC功率元器件將隨著800V平臺的大規模上車進入快速爆發階段。
2022年，斯達半導體的SiC MOS模塊開始在新能源車主驅上大批量裝車，隨著小鵬G9逐步起量，SiC出貨量將不斷增長，公司新增多個800V的項目定點。斯達今日業績說明會上表示：預計公司自主芯片的車規級SiC MOS模塊將于23年向主電機控制器客戶批量供貨，為SiC MOS模塊營收增長提供推動力。
國產SiC芯片主驅批量應用已“箭在弦上”
2022年國產SiC MOSFET 推出迅速。據CASA數據，國內至少有14家企業推出多款 SiC MOSFET產品，雖用于主驅應用的mos產品仍屈指可數。五十五所、清純半導體、士蘭微、瞻芯、愛仕特等公司也已經開始給主驅送樣測試。
日前，一汽對外發文稱，公司首款電驅用750V碳化硅功率芯片已于4月10日完成樣品流片，正式進入產品級測試階段。
根據報道，紅旗功率電子開發部聯合中電科55所，從結構設計、工藝技術、材料應用維度開展技術攻關，使得該芯片比導通電阻達到2.15mΩ·cm2，最高工作結溫175℃，達到國際先進水平。
SiC裝備耗材國產率提升
關鍵環節仍被卡脖子
SiC半導體產業的鏈條非常長，涉及粉料制備、單晶生長、晶體加工、外延生長、器件制造和封裝測試等，各個環節的專業性要求都非常強，同時對技術和資本投入的要求也很高。
SiC產業各環節的技術水平很大程度上受到關鍵裝備和相關耗材直接影響，在過去很長一段時間內，國內SiC產業嚴重依賴進口裝備和耗材，國內企業起步較晚。
近年來，在市場的需求拉動下，國產SiC裝備和關鍵耗材發展迅速，部分“卡脖子”現象得到明顯緩解，但許多關鍵瓶頸有待過關邁坎。接下來，“行家說三代半”將逐一分析主要SiC產業環節的國產化進展。
長晶設備——自主化程度最高
高質量的SiC單晶制備是整個產業鏈最為重要的一環，它直接影響了SiC器件的性能、可靠性和制造成本。
早期，國內主要的SiC單晶生長企業通常都需要自行開發和制造SiC單晶生長設備，而近年來，北方華創、恒普科技、中電科2所和優晶光電等第三方設備企業崛起，為SiC產業提供了豐富且高質量的長晶爐設備，從整個產業鏈條來看，長晶設備是目前SiC國產化程度最高的環節。
以恒普科技為例，2022年推出了2款感應式SiC晶體??爐和新一代2.0版SiC電阻式晶體生長爐，以【軸徑分離】為核心技術，與【新工藝】 組合，突破性地解決晶體“長大、長快、長厚”的行業核心難點。
同時，恒普科技提供一個創新的解決方案，能夠一次性將6英寸SiC晶體擴到8英寸，為行業提供一種新的思路，推進國內8英寸SiC襯底的國際競爭力。
石墨、涂層技術有新突破
SiC晶體生長系統主要由石墨坩堝、籽晶和SiC粉料等組成，其中等靜壓石墨耗材成本占比非常高。
根據某SiC企業財報，其2021年的生產成本支出中，石墨件成本占比為45.21%，石墨氈占比為41.32%，合計占比高達86.53%，相比之下，碳粉、硅粉分別僅為0.97%、1.99%。
目前，國內生產的等靜壓石墨質量參差不齊且生產率低，因此高度依賴日本、德國等進口產品，由于國外石墨企業不輕易擴產，導致國內SiC企業的擴產受到影響。某上市公司去年對外表示，他們原本計劃加快SiC襯底擴產速度，但受一些輔料耗材進口方面的影響，預計2022年7 月份大概能出產 500-1000片。
此外，在SiC長晶爐內增加多孔石墨板是業界研究的熱點之一，對SiC長晶良率和厚度的提升效果非常突出，但也高度依賴進口。2022年，恒普科技率先實現了多孔石墨板技術突破，并達到國際領先水平，解決關鍵材料國產化問題，有助于提升國產SiC襯底的競爭力。
石墨坩堝的純凈度和雜質多，對SiC長晶的成本高和產品良品率有直接的影響，因此為了提升坩堝的耐化學腐蝕性能和使用壽命，通常必須使用SiC或TaC等新涂層材料。過去，涂層石墨技術也高度依賴進口，近年來，志橙半導體等企業迅速成長，使得國內SiC企業有了更多的產品選擇。
相比，裸石墨或SiC涂層石墨，TaC涂層石墨可在2600°高溫下穩定使用，與眾多金屬元素不反應，能顯著提高工藝過程中對溫度和雜質的控制。TaC涂層是解決SiC晶體邊緣缺陷問題，提高晶體生長質量，是“長快、長厚、長大”的核心技術方向之一。為了推動行業技術發展，解決關鍵材料進口依賴，2022年恒普科技突破性解決了碳化鉭涂層技術開發，相關產品達到了國際先進水平。
國產外延設備崛起，擺脫寡頭格局
與硅器件不同，SiC器件需要在SiC襯底上沉積生長外延膜，利用外延膜生產器件, 因此SiC外延設備在產業鏈中處于承上啟下的重要位置，其中，CVD技術是目前已經廣泛商業化采用的SiC外延技術。
早期，國內SiC外延設備研制基礎非常薄弱，僅中電科48所、中科院半導體所、西安電子科技大學等少數單位具備相應的研制基礎。因此，SiC外延設備市場長期處于呈寡頭競爭狀態，國內企業主要購買愛思強、LPE、TEL和Nuflare等設備。
隨著國內SiC產業的蓬勃發展，國產SiC外延設備的開發和產業化日益迫切。根據《2022碳化硅（SiC）產業調研白皮書》，經過過去20多年設備研發積累, 中電科48所、北方華創、納設、芯三代、晶盛機電和季華實驗室等國產設備企業已研制出4-6吋SiC外延生長設備，并且在成膜質量、生產率、穩定性、重復性和運行維護性等指標上實現了突破，縮短了與國外設備之間的差距，部分國內企業已經逐步進入了SiC外延設備行業第一陣營，設備出貨量和訂單量實現了百臺級的突破，有力地支撐了國產碳化硅外延的大規模量產。
晶圓設備逐個攻破，連點成線
除了SiC襯底外，晶圓制造難是國產SiC MOSFET尚未應用于主驅的關鍵所在，未來國產SiC芯片擴產也會受到關鍵設備的牽制。
從設備來看，SiC器件產線的大部分設備與傳統硅的生產設備相同，但由于SiC材料硬度高、熔點高等特性，需要一些特殊的生產設備與工藝——包括高溫退火爐、高溫離子注入機、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量設備等。
高溫離子注入機方面，國外主要廠商包括愛發科、應用材料和NISSIN等，目前，國內企業中只有爍科中科信的離子注入機在碳化硅領域實現了批量應用，設備注入能量、束流大小、注入晶片溫度等技術指標與國外相差不大。
離子注入后仍需進行高溫退火，才可以激活注入離子。高溫退火爐國外主要廠商主要包括昇先創Centrothcrm、日本真空等。目前，中電科48所、北方華創等國內企業已量產了相關設備。
制備SiC器件的柵極氧化層需要高溫氧化爐。國外主要廠商包括昇先創Centrotherm、東橫化學等，當前中電科48所、北方華創等國內企業的設備也能夠用于生產碳化硅器件。
據《2022碳化硅（SiC）產業調研白皮書》，除了碳化硅外延、離子注入、高溫氧化/激活等碳化硅專用裝備外，華卓精科等國內企業在激光退火、激光劃片、PVD等關鍵設備方面也實現了批量供貨，設備市場占有率穩步提升。
總的來說，SiC器件產線國產設備開始連點成線，有助于進一步推動國產碳化硅芯片的高速發展。
