由于碳化硅具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移速率高等特點，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)體市場迎來新的機遇。
長晶是碳化硅襯底生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其中核心的設(shè)備是長晶爐。與傳統(tǒng)晶硅級長晶爐有相同性，爐子結(jié)構(gòu)不是非常復(fù)雜，主要由爐體、加熱系統(tǒng)、線圈傳動機構(gòu)、真空獲得及測量系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其中的熱場和工藝條件決定了碳化硅晶體的質(zhì)量、尺寸、導(dǎo)電性能等關(guān)鍵指標(biāo)。碳化硅長晶技術(shù)：碳化硅SiC襯底生產(chǎn)工藝流程及方法
碳化硅晶體生長過程中溫度很高，且不可實施監(jiān)控，因此主要難點在于工藝本身。（1）熱場控制難：密閉高溫腔體監(jiān)控難度高不可控制。區(qū)別于傳統(tǒng)硅基的溶液直拉式長晶設(shè)備自動化程度高、長晶過程可觀察可控制調(diào)整，碳化硅晶體在2,000℃以上的高溫環(huán)境中密閉空間生長，且在生產(chǎn)中需要精確調(diào)控生長溫度，溫度控制難度高；（2）晶型控制難：生長過程容易發(fā)生微管、多型夾雜、位錯等缺陷，且相互影響和演變。微管（MP）是尺寸為幾微米到數(shù)十微米的貫穿型缺陷，是器件的殺手型缺陷；碳化硅單晶包括200多種不同晶型，但僅少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)（4H型）才是生產(chǎn)所需的半導(dǎo)體材料，生長過程中易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變造成多型夾雜缺陷，因此需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數(shù)；此外，碳化硅單晶生長熱場存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長過程中存在原生內(nèi)應(yīng)力及由此誘生的位錯（基平面位錯BPD、螺旋位錯TSD、刃型位錯TED）等缺陷，從而影響后續(xù)外延和器件的質(zhì)量和性能。（3）摻雜控制難：必須嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得定向摻雜的導(dǎo)電型晶體；（4）生長速度慢：碳化硅的長晶速度非常慢，傳統(tǒng)的硅材料只需3天就可以長成一根晶棒，而碳化硅晶棒需要7天，這就導(dǎo)致碳化硅生產(chǎn)效率天然地更低，產(chǎn)出非常受限。另一方面，碳化硅外延生長的參數(shù)要求極高，包括設(shè)備的密閉性、反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定性、氣體通入時間的精確控制、氣體配比的準(zhǔn)確性以及沉積溫度的嚴(yán)格管理。特別是隨著器件耐壓等級的提升，對于外延片核心參數(shù)的控制難度顯著增加。此外，隨著外延層厚度的增加，如何在保證厚度的同時，控制電阻率的均勻性并降低缺陷密度，成為了另一大挑戰(zhàn)。在電氣化控制系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)高精度的傳感器和執(zhí)行器的集成，以確保各項參數(shù)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地得到調(diào)控。同時，控制算法的優(yōu)化也至關(guān)重要，它需要能夠?qū)崟r地根據(jù)反饋信號調(diào)整控制策略，以適應(yīng)碳化硅外延生長過程中的各種變化。根據(jù)加熱方式不同，長晶爐可以分為感應(yīng)式與電阻式。目前市面上大多數(shù)設(shè)備都是感應(yīng)式，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護便利、熱效率高等優(yōu)點。但感應(yīng)加熱由于電磁感應(yīng)作用，軸向溫度和徑向溫度存在耦合現(xiàn)象，無法兼顧長晶速度和長晶質(zhì)量。電阻熱場生長平臺，可對軸向溫度和徑向溫度分別進行精確控制，有利于實現(xiàn)大尺寸晶體生長，并提高晶體生長速度，是未來高品質(zhì)8英寸碳化硅晶體生長的解決方案之一。以下排名不分先后，如有遺漏，艾邦新建碳化硅功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈微信群，歡迎大家加群討論。SiC長晶設(shè)備國產(chǎn)化，8英寸開始供貨目前國內(nèi)主要的碳化硅長晶爐廠商主要分為兩種類型，一是專業(yè)晶體生長設(shè)備供應(yīng)商，二是碳化硅襯底廠商（采用自研/自產(chǎn)設(shè)備的模式），在兩者共同推動下，基本實現(xiàn)了設(shè)備國產(chǎn)化。主要設(shè)備企業(yè)有：北方華創(chuàng)科技集團股份有限公司(002371)北方華創(chuàng)科技集團股份有限公司成立于2001年9月，2010年在深圳證券交易所上市，是北京市國資委一級企業(yè)北京電子控股有限責(zé)任公司下屬的國有控股上市公司，是目前國內(nèi)集成電路高端工藝裝備的先進企業(yè)。在半導(dǎo)體裝備業(yè)務(wù)板塊，北方華創(chuàng)的主要產(chǎn)品包括刻蝕、薄膜沉積、爐管、清洗、晶體生長等核心工藝裝備。北方華創(chuàng)可提供多種半導(dǎo)體單晶生長爐，產(chǎn)品覆蓋多個領(lǐng)域，目前主流產(chǎn)品SiC長晶爐，已進入國內(nèi)多家主流客戶，累計裝機量超過數(shù)千臺。2023年，北方華創(chuàng)SiC長晶爐出貨量超過1000臺。AGF電阻式SiC長晶爐適用于6/8英寸導(dǎo)電和高純半絕緣型SiC晶體生長，多加熱器設(shè)計允許靈活的工藝和熱場設(shè)置，下裝載結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)便捷的開裝爐及維護操作，同時設(shè)備擁有高精度控溫、控壓能力，工藝性能穩(wěn)定優(yōu)良。APS Series 感應(yīng)式SiC長晶爐APS系列長晶爐適用于6/8英寸導(dǎo)電和高純半絕緣型SiC晶體生長，創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可提供高純材料生長能力，擁有高精度的控溫、控壓能力，工藝性能優(yōu)良，設(shè)備一致性好，具有豐富的量產(chǎn)經(jīng)驗。南京晶升裝備股份有限公司，成立于2012年2月，是一家專業(yè)從事8-12英寸半導(dǎo)體級單晶硅爐、6-8英寸碳化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料長晶設(shè)備及工藝開發(fā)的國家高新技術(shù)企業(yè)。晶升股份碳化硅單晶爐包含 PVT 感應(yīng)加熱/電阻加熱單晶爐、TSSG 單晶爐等類別產(chǎn)品，下游應(yīng)用完整覆蓋主流導(dǎo)電型/半絕緣型碳化硅晶體生長及襯底制備，生產(chǎn)的碳化硅單晶爐主要應(yīng)用于 6-8 英寸碳化硅單晶襯底，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化、占地小、高精度控溫控壓、生產(chǎn)工藝可復(fù)制性強、高穩(wěn)定性運行等特點。2024年5月，晶升股份(688478.SH)表示公司8英寸碳化硅長晶設(shè)備已實現(xiàn)批量出貨，客戶對于8英寸設(shè)備存在更大的意向和需求。- 長晶尺寸：6-8英寸導(dǎo)電型/半絕緣型碳化硅襯底
- 客戶：上海新昇、金瑞泓、神工股份、三安光電、東尼電子、合晶科技、比亞迪等
大連連城數(shù)控機器股份有限公司(835368)大連連城數(shù)控機器股份有限公司成立于2007年，在遼寧大連、江蘇無錫、美國羅切斯特、越南海防設(shè)立了四大研發(fā)制造基地，布局光伏與半導(dǎo)體裝備領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈，2013年，并購美國500強公司斯必克(SPX)旗下單晶爐事業(yè)部，獲得凱克斯(KAYEX)全部知識產(chǎn)權(quán)、商標(biāo)和18項專利技術(shù)。產(chǎn)品主要包括硅、鍺、碳化硅和藍寶石等晶體生長、晶體加工設(shè)備，光伏電池清洗、制絨、刻蝕設(shè)備，原子層沉積鍍膜設(shè)備，光伏組件串焊機等自動化設(shè)備，以及硅料微波破碎設(shè)備等。2023 年連城數(shù)控液相法碳化硅長晶爐順利下線。新設(shè)全資子公司連科半導(dǎo)體與清華大學(xué)合作，發(fā)展半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)，規(guī)劃建設(shè)半導(dǎo)體大硅片長晶和加工設(shè)備、碳化硅長晶和加工設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)制造基地。2024年5月上線“新一代8英寸碳化硅長晶爐”。圖 PVT-MF-50型碳化硅感應(yīng)式長晶爐哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝備與技術(shù)研究院有限公司http://ky-semiconductor.com/哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝備與技術(shù)研究院有限公司于2018年5月成立，是一家國家級高新技術(shù)企業(yè)，專注于半導(dǎo)體裝備研發(fā)、襯底制造、器件設(shè)計、技術(shù)轉(zhuǎn)移和科研成果轉(zhuǎn)化，研發(fā)覆蓋半導(dǎo)體裝備研制、長晶工藝、襯底加工等多個領(lǐng)域，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，已累計授權(quán)專利80余項。科友半導(dǎo)體碳化硅晶體生長爐采用雙線圈設(shè)計，八英寸電阻爐已在高端制造領(lǐng)域得到高度認可并被廣泛應(yīng)用。北京天科合達半導(dǎo)體股份有限公司(870013)https://www.tankeblue.com/北京天科合達半導(dǎo)體股份有限公司成立于2006年9月，擁有一個研發(fā)中心、四家全資子公司和一家控股子公司，產(chǎn)業(yè)涵蓋碳化硅單晶爐制造、碳化硅單晶襯底制備和碳化硅外延片制備。公司在遼寧沈陽市建有碳化硅單晶生長爐制造基地。天科合達專注于碳化硅晶體生長和晶片加工的技術(shù)研發(fā)，建立了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“PVT 碳化硅單晶生長爐制造技術(shù)”、“高純度碳化硅生長原料合成技術(shù)”、“PVT 碳化硅晶體生長技術(shù)”、“低翹曲度碳化硅晶體切割技術(shù)”、 “碳化硅晶片精密研磨拋光技術(shù)”和“即開即用的碳化硅晶片清洗技術(shù)”等六大核心技術(shù)體系，掌握了覆蓋碳化硅晶片生產(chǎn)的“設(shè)備研制—原料合成—晶體生長 —晶體切割—晶片加工—清洗檢測”全流程關(guān)鍵技術(shù)和工藝。寧波恒普是一家以材料研究為基礎(chǔ)，以高溫?zé)釄霏h(huán)境控制為技術(shù)核心的金屬注射成形(MIM)領(lǐng)域和寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備供應(yīng)商，主要從事金屬注射成形(MIM)脫脂燒結(jié)爐、SiC碳化硅晶體生長爐、碳化硅同質(zhì)外延設(shè)備等熱工裝備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2022年，恒普科技突破6英寸晶錠擴徑至8英寸的技術(shù)，同年推出了2.0版SIC電阻晶體生長爐和雙線圈感應(yīng)生長爐，同時推出石英管（雙線圈外置）和金屬殼（雙線圈內(nèi)置）兩款全新爐型。蘇州優(yōu)晶半導(dǎo)體科技股份有限公司http://www.ukingtech.com/蘇州優(yōu)晶半導(dǎo)體科技股份有限公司是一家專注于大尺寸（6英寸及以上）導(dǎo)電型碳化硅晶體生長設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的高新技術(shù)企業(yè)。公司經(jīng)多年努力研發(fā)電阻法碳化硅晶體生長設(shè)備及工藝，于2019年成功研制出6英寸電阻法碳化硅單晶生長設(shè)備，經(jīng)持續(xù)工藝優(yōu)化，目前已推出至第四代機型?UKING ERH SiC RV4.0電阻法碳化硅長晶設(shè)備，可用于6英寸、8英寸量產(chǎn)。4月29日，優(yōu)晶科技宣布最新出口至歐洲某國際知名客戶的大尺寸電阻法長晶設(shè)備已順利通過驗收。http://www.liguanchina.com/山東力冠微電子裝備有限公司成立于2013年，產(chǎn)品涵蓋第一代至第四代半導(dǎo)體材料工藝裝備，均擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，完全自主可控，被廣泛應(yīng)用于集成電路、功率半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、5G芯片、光通信、MEMS等新型電子器件制造領(lǐng)域。其PVT單晶生長設(shè)備主要用于碳化硅(SiC) 、氮化鋁(AIN) 單晶生長。https://www.hd-tech.ac.cn/沈陽中科漢達科技有限公司創(chuàng)建于2018年，總部位于沈陽市國家自主創(chuàng)新示范核心渾南區(qū)，是國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體材料制備裝備和真空非標(biāo)裝置的高新技術(shù)企業(yè)。主營半導(dǎo)體裝備、科研裝備、非標(biāo)真空裝置等業(yè)務(wù)。卓遠半導(dǎo)體成立于2018年，是一家以創(chuàng)新開發(fā)為主導(dǎo)，以先進技術(shù)為基石的第三代半導(dǎo)體高新科技企業(yè)，專注于寬禁帶半導(dǎo)體晶體裝備及其材料的研發(fā)生產(chǎn)與制造，主營業(yè)務(wù)有寬禁帶半導(dǎo)體晶體生長裝備、金剛石與碳化硅SiC晶體工藝及解決方案以及在智慧電網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。卓遠半導(dǎo)體的物理氣相傳輸(PVT）系統(tǒng)是專為碳化硅晶體生長而設(shè)計?；鞠到y(tǒng)設(shè)計是基于線圏感應(yīng)加熱概念，可以生長直徑 6/8英寸的晶錠。廈門天三半導(dǎo)體有限公司(Skymont) 成立于2020年，是家專業(yè)從事碳化硅晶體生長設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)，主營業(yè)務(wù)為碳化硅長晶爐及用于晶體生長的CVD原材料。原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：國內(nèi)碳化硅（SiC）長晶爐供應(yīng)商10強
