中國粉體網(wǎng)訊 外延工藝是整個碳化硅產(chǎn)業(yè)中非常關鍵的一環(huán)，所有的器件基本上都是在外延上實現(xiàn)，所以外延的質量對器件的性能是影響非常大，同時外延的質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，已進入快速成長期。根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，2023年中國碳化硅外延片市場規(guī)模已達到約16.24億元人民幣，預計到2026年有望上升至107億元人民幣。一代設備，一代工藝，一代產(chǎn)品，下游市場的飛速增長，不斷的擴產(chǎn)需求也助推了碳化硅外延設備的市場增長。根據(jù)TrendForce集邦咨詢分析，2023年中國碳化硅外延設備市場規(guī)模約1.81億美元，預計到2028年將攀升至4.24億美元。
SiC外延是通過載氣將反應氣體輸送到反應室內，使其在一定的溫度和壓力條件下分解并發(fā)生化學反應，形成中間化合物擴散到襯底表面，生長外延層�？梢�，反應室內的氣流場和溫度場對SiC外延生長至關重要。因此，根據(jù)碳化硅外延設備反應室的結構設計進行分類，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反應室結構目前已被淘汰，業(yè)界大部分廠商采用的是熱壁或暖壁式CVD設備。
碳化硅外延設備：國際壟斷，國產(chǎn)追趕
當下，碳化硅外延技術已與碳化硅外延設備高度融合。2021年及之前，國外碳化硅外延設備占據(jù)主導地位，2014年，TCS等技術由意大利LPE公司最早實現(xiàn)商業(yè)化，在2017年AIXTRON公司對設備進行了升級改造，將這個技術移植到了商業(yè)的設備中。
目前，國外碳化硅外延設備主要企業(yè)包括意大利LPE（被荷蘭ASMI 收購）、德國愛思強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)逐漸成為領先世界外延技術的企業(yè)之一。其熱壁水平式CVD設備（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，在國內市場占有率最高。
德國Aixtron
德國Aixtron公司成立于1983年，是全球領先的半導體設備制造商，專注于化學氣相沉積（CVD）設備的研發(fā)與生產(chǎn)，廣泛應用于化合物半導體（如碳化硅SiC、氮化鎵GaN）和有機半導體領域。其溫壁行星式CVD設備（如G10-SiC）采用多片式生長技術，單爐可同時生長6-9片外延片，顯著提升了產(chǎn)能。截至目前，此類機型在國內用戶端使用較少，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，是東芝集團旗下的核心企業(yè)之一。Nuflare以其在碳化硅外延設備領域的技術優(yōu)勢聞名，尤其在高速旋轉和缺陷控制方面處于國際領先地位。準熱壁立式CVD設備（如EPIREVOS系列）通過高速旋轉和優(yōu)化的流場設計，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，片內厚度和摻雜濃度不均勻性分別達到 1%和2.6%。
國內企業(yè)北方華創(chuàng)、晶盛機電、芯三代等，均已推出成熟的外延設備。
晶盛機電
晶盛機電2023年推出6英寸雙片式SiC外延設備，通過優(yōu)化反應室設計，實現(xiàn)了上下層工藝氣體的獨立調控，溫差控制在5℃以內，顯著提升了產(chǎn)能。其設備厚度不均勻性≤2%，摻雜不均勻性≤5%，已接近國際領先水平。
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體核心裝備的研發(fā)與生產(chǎn)。憑借國內領先的技術優(yōu)勢，成為目前國內唯一成熟的垂直式、6/8英寸兼容SiC外延設備供應商。借鑒Nuflare的垂直氣流技術，開發(fā)了具有雙腔結構的外延設備，進一步提升了生產(chǎn)效率和均勻性。其設備生長速率可達50μm/h，缺陷密度控制在0.5cm-2以下。
北方華創(chuàng)
北方華創(chuàng)是中國半導體設備國產(chǎn)化的核心力量，通過持續(xù)技術創(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備能力。其SiC外延設備MARS iCE115/120S，工藝調試簡單，維護便捷，迅速占領市場。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，在技術類型上，國內廠商晶盛機電、北方華創(chuàng)、芯三代、中電48所和深圳納設智能主要借鑒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，國外碳化硅外延設備產(chǎn)能緊張，交付周期普遍長達1.5-2年，這為國產(chǎn)碳化硅外延設備提供了機遇。根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，國內外延設備市場主要由北方華創(chuàng)、晶盛機電、納設智能、中電科48所等本土廠商占據(jù)，這四家廠商市場份額合計約51%。國內本土設備在國內市場加速滲透，部分廠商訂單量已超過國際大廠LPE，并已開始布局8英寸外延設備。
8英寸設備之爭
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，結合量產(chǎn)規(guī)模效應，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，關鍵在于配套設備的推進速度。
2022年9月13日，AIXTRON在行業(yè)會議上推出全新的G10-SiC 200mm外延系統(tǒng)。該設備提供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和意法半導體也合作開發(fā)了自己的8英寸碳化硅外延爐PE108。
國內晶盛機電發(fā)布消息稱公司已成功研發(fā)出具有國際先進水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設備。目前，在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎上，已實現(xiàn)8英寸單片式碳化硅外延生長設備的自主研發(fā)與調試，外延的厚度均勻性1.5%以內、摻雜均勻性4%以內，已達到行業(yè)領先水平。
納設智能自主研發(fā)的全自動雙腔8英寸碳化硅外延設備及多臺8英寸單腔設備交付龍頭客戶。其采用獨立雙腔體架構，獨創(chuàng)的反應腔室設計讓客戶運營成本大大降低，同時創(chuàng)新性融合多區(qū)獨立進氣控制與智能溫場系統(tǒng)，實現(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，摻雜均勻性達2%以內，缺陷密度≤0.1cm2，達到行業(yè)先進水平。
小結
在產(chǎn)業(yè)擴張浪潮下，碳化硅外延廠商紛紛大幅擴產(chǎn)，帶動設備市場持續(xù)擴容。新玩家涌入推動設備結構優(yōu)化，在生長速率、COO成本、穩(wěn)定性、維護便利性及可靠性等方面穩(wěn)步提升，疊加大尺寸設備的開發(fā)推進與國產(chǎn)替代加速，外延環(huán)節(jié)降本進程顯著提速。
來源：
袁福順等：碳化硅外延設備技術研究
碳化硅芯觀察：市場|國產(chǎn)碳化硅外延爐設備競爭江湖
集邦化合物半導體：國內碳化硅外延片市場簡析
深企投產(chǎn)業(yè)研究院：2025年第三代半導體SiCGaN產(chǎn)業(yè)鏈研究報告
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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