編者按：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，碳化硅零部件作為半導(dǎo)體精密制造的關(guān)鍵材料，其研究與應(yīng)用日益受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。本期瑞見將由瑞鵬資產(chǎn)張莉帶您深入探討“半導(dǎo)體精密零部件之碳化硅零部件研究”。

作者 張莉 

西安瑞鵬資產(chǎn)管理有限公司高級(jí)投資經(jīng)理

半導(dǎo)體制造是現(xiàn)代科技發(fā)展的基石，隨著行業(yè)對(duì)更小、更快、更高效集成電路的不斷追求，制造過程的精確度和技術(shù)復(fù)雜性也在不斷增加，每一個(gè)步驟都離不開高性能、高質(zhì)量和高精度半導(dǎo)體設(shè)備。此外，半導(dǎo)體行業(yè)遵循“一代技術(shù)、一代工藝、一代設(shè)備”的產(chǎn)業(yè)規(guī)律，半導(dǎo)體設(shè)備的升級(jí)迭代很大程度上有賴于其零部件的技術(shù)突破。精密零部件不僅是半導(dǎo)體設(shè)備制造環(huán)節(jié)中難度較大、技術(shù)含量較高的環(huán)節(jié)之一，也是我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備發(fā)展較薄弱的環(huán)節(jié)之一。

1、概況

半導(dǎo)體零部件是指在材料、結(jié)構(gòu)、工藝、品質(zhì)和精度、可靠性及穩(wěn)定性等性能方面達(dá)到了半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)要求的零部件，是半導(dǎo)體設(shè)備的基礎(chǔ)和核心，直接決定著設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。半導(dǎo)體設(shè)備核心零部件是半導(dǎo)體設(shè)備的核心與基石。

從零部件工藝特點(diǎn)來看，首先，半導(dǎo)體零部件產(chǎn)業(yè)通常具有高技術(shù)密集、學(xué)科交叉融合等特點(diǎn)，其生產(chǎn)工藝涉及精密機(jī)械制造、工程材料、工程設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。其次，因半導(dǎo)體零部件需滿足高精密、高潔凈、耐腐蝕等眾多要求，故而精密零部件是半導(dǎo)體設(shè)備制造環(huán)節(jié)中難度較大、技術(shù)含量較高的環(huán)節(jié)。在高技術(shù)壁壘下，設(shè)備零部件當(dāng)之無(wú)愧成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的“卡脖子”環(huán)節(jié)。

從供應(yīng)鏈角度來看，零部件直接影響著設(shè)備的交付，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示：半導(dǎo)體設(shè)備交期前期面臨延長(zhǎng)至18-30個(gè)月不等的困境，究其原因，零部件的短缺是重要痛點(diǎn)。從產(chǎn)值角度來看，零部件年產(chǎn)值達(dá)上百億美元，推動(dòng)下游各環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)。從成本角度來看，零部件采購(gòu)額通常占據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)成本的90%以上，是半導(dǎo)體設(shè)備的基礎(chǔ)和核心。

2、分類及技術(shù)難點(diǎn)

半導(dǎo)體設(shè)備零部件種類繁多，不同零部件功能和技術(shù)難點(diǎn)差異較大，整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散，但主要細(xì)分市場(chǎng)內(nèi)部集中度極高，主要被美日歐等海外廠商占據(jù)，各細(xì)分領(lǐng)域龍頭供應(yīng)商大多是專長(zhǎng)于單一或少數(shù)品類。

按照半導(dǎo)體零部件的主要材料和使用功能來分，可以將其分為十二大類，包括：硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金屬件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、過濾部件、運(yùn)動(dòng)部件、電控部件以及其他部件。各部件技術(shù)難點(diǎn)情況如下所示：

圖： 按材料和使用功能分類的各類零部件技術(shù)難點(diǎn)

資料來源：《半導(dǎo)體零部件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對(duì)我國(guó)發(fā)展的建議》、華福證券研究所

3、碳化硅零部件

（1）概念

碳化硅(SiC)作為重要的高端精密半導(dǎo)體材料，由于具有良好的耐高溫、 耐腐蝕性、耐磨性、高溫力學(xué)性、抗氧化性等特性，在半導(dǎo)體、核能、國(guó)防及空間技術(shù)等高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

碳化硅零部件，即以碳化硅及其復(fù)合材料為主要材料的設(shè)備零部件，被廣泛應(yīng)用于外延生長(zhǎng)、等離子體刻蝕、快速熱處理、薄膜沉積、氧化/擴(kuò)散、離子注入等主要半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)的設(shè)備中。目前，SiC涂層石墨零部件產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)化較快，志橙半導(dǎo)體領(lǐng)跑，但主要是在外延環(huán)節(jié)應(yīng)用；而IC前道制程，無(wú)論是SiC涂層還是SiC件，基本上國(guó)產(chǎn)化率為0。

（2）部分應(yīng)用環(huán)節(jié)展示

• SiC外延設(shè)備中碳化硅涂層石墨零部件

SiC 外延設(shè)備是應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法在碳化硅襯底上沿其原來的晶向再生長(zhǎng) 一層同質(zhì)或異質(zhì) SiC 薄膜的設(shè)備。應(yīng)用于 SiC 外延設(shè)備的碳化硅涂層石墨零部件種類較多，以多種形態(tài)、功能應(yīng)用于水平式、垂直式外延設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)，起到承載碳化硅襯底、控溫、保溫、 通氣、防護(hù)等多種作用，從而共同控制反應(yīng)腔內(nèi)外延片生長(zhǎng)的厚度、摻雜、缺陷等材料特性。該類SiC涂層石墨基座常用于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）設(shè)備中支撐和加熱單晶襯底的部件，是MOCVD設(shè)備的核心關(guān)鍵部件。以志橙半導(dǎo)體所產(chǎn)代表產(chǎn)品——上下半月件、碳化硅襯底托盤為例，其在反應(yīng)腔內(nèi)部透視圖如下。

圖：外延設(shè)備內(nèi)部透視圖及反應(yīng)腔內(nèi)部透視圖

• 其他CVD碳化硅零部件

CVD碳化硅零部件被廣泛應(yīng)用于刻蝕設(shè)備、MOCVD設(shè)備和SiC外延設(shè)備、快速熱處理設(shè)備等領(lǐng)域。CVD碳化硅零部件最大細(xì)分市場(chǎng)為刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備中CVD碳化硅零部件包含聚焦環(huán)、氣體噴淋頭、托盤、邊緣環(huán)等；沉積設(shè)備中除了SiC涂層石墨基座之外，還有室蓋、腔內(nèi)襯等。

以聚焦環(huán)為例，聚焦環(huán)是放置在晶圓外部、直接接觸晶圓的重要部件，通過將電壓施加到環(huán)上以聚焦通過環(huán)的等離子體，從而將等離子體聚焦在晶圓上以提高加工的均勻性。聚焦環(huán)作為耗材，通常使用時(shí)間約在300小時(shí)左右。由于CVD碳化硅對(duì)含氯和含氟刻蝕氣體的低反應(yīng)性、導(dǎo)電性，使其成為等離子體刻蝕設(shè)備聚焦環(huán)等部件的理想材料。

圖：聚焦環(huán)在刻蝕機(jī)中的應(yīng)用

（3）市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)QY Research 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022 年中國(guó)CVD碳化硅零部件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2.00 億美元，預(yù)計(jì)2028 年將達(dá)到4.26 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為13.44%。