晶圆制备包括衬底制备、外延工艺两大环节,外延是指在衬底上生长一层新单晶的过程。在衬底表面进行外延工艺的意义在于提高晶圆的击穿电场,降低晶圆的串联电阻、饱和压降等,进一步提高晶圆性能。碳化硅是第三代半导体材料,其在禁带宽度、击穿电场、热导率、抗辐射等方面优点明显,以其为材料在衬底上生长外延层即得到第三代碳化硅外延片。
碳化硅产业链主要包括衬底、外延、半导体器件、应用等环节。衬底可直接制造为晶圆,也可进行外延生长再加工为晶圆,就第三代氮化硅器件来看,晶圆在制造为半导体器件时,基本都是在外延层上进行,碳化硅外延层的参数直接影响半导体器件性能,因此碳化硅外延是产业链的重要组成部分。碳化硅外延被广泛应用在5G通讯、新能源汽车、轨道交通、智能电网、光伏发电、航空航天、国防军工等领域。
根据新思界产业研究中心发布的
《2021-2025年碳化硅外延行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,2020年,全球碳化硅器件市场规模约为6.2亿美元。在新能源汽车、光伏发电、储能、工业电机等下游产业快速发展拉动下,未来5年,全球市场对碳化硅器件的需求将迅猛增长。预计2025年,全球碳化硅器件市场规模将达到26.6亿美元,2020-2025年年均复合增长率为33.8%。全球碳化硅器件市场需求旺盛,利好碳化硅外延行业发展。
由于碳化硅外延层质量直接影响半导体器件性能,因此其生长技术工艺要求高。为提高晶圆的耐压性能,外延层的厚度不断增加,但厚度增加的同时其电阻率均匀性、缺陷控制难度增大,会导致晶圆良品率下降。现阶段,主流碳化硅外延技术是斜切台阶技术、TCS技术等,但这些技术在高压领域外延方面存在较多缺陷,因此碳化硅外延技术还需不断进步。
2021年3月,日本丰田通商株式会社宣布成功开发出一种表面纳米控制技术Dynamic AGE-ing;同月,中国瀚天天成电子科技(厦门)有限公司宣布突破碳化硅超结深槽外延关键制造工艺。未来,碳化硅外延生长质量有望不断提高,在半导体器件高性能化发展背景下,新型碳化硅外延技术具有广阔发展前景,能够率先将研发技术产业化的企业拥有巨大发展潜力。
新思界
行业分析人士表示,我国碳化硅外延相关企业除瀚天天成外,还有天域半导体、中电科13所、中电科55所等。我国半绝缘型碳化硅衬底生产实力较强,但与国外相比,我国在6英寸导电型碳化硅衬底生产方面实力弱,虽然已有露笑科技、东尼电子等具有生产或研发能力,但国内整体供应量少,对碳化硅外延行业发展产生不利影响。