編者按：隨著半導體技術的飛速發(fā)展，碳化硅零部件作為半導體精密制造的關鍵材料，其研究與應用日益受到業(yè)界的廣泛關注。本期瑞見將由瑞鵬資產(chǎn)張莉帶您深入探討“半導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)管理有限公司高級投資經(jīng)理

半導體制造是現(xiàn)代科技發(fā)展的基石，隨著行業(yè)對更小、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復雜性也在不斷增加，每一個步驟都離不開高性能、高質(zhì)量和高精度半導體設備。此外，半導體行業(yè)遵循“一代技術、一代工藝、一代設備”的產(chǎn)業(yè)規(guī)律，半導體設備的升級迭代很大程度上有賴于其零部件的技術突破。精密零部件不僅是半導體設備制造環(huán)節(jié)中難度較大、技術含量較高的環(huán)節(jié)之一，也是我國半導體設備發(fā)展較薄弱的環(huán)節(jié)之一。

1、概況

半導體零部件是指在材料、結構、工藝、品質(zhì)和精度、可靠性及穩(wěn)定性等性能方面達到了半導體設備技術要求的零部件，是半導體設備的基礎和核心，直接決定著設備的可靠性和穩(wěn)定性。半導體設備核心零部件是半導體設備的核心與基石。

從零部件工藝特點來看，首先，半導體零部件產(chǎn)業(yè)通常具有高技術密集、學科交叉融合等特點，其生產(chǎn)工藝涉及精密機械制造、工程材料、工程設計等多個領域。其次，因半導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體設備制造環(huán)節(jié)中難度較大、技術含量較高的環(huán)節(jié)。在高技術壁壘下，設備零部件當之無愧成為半導體產(chǎn)業(yè)中的“卡脖子”環(huán)節(jié)。

從供應鏈角度來看，零部件直接影響著設備的交付，據(jù)有關統(tǒng)計顯示：半導體設備交期前期面臨延長至18-30個月不等的困境，究其原因，零部件的短缺是重要痛點。從產(chǎn)值角度來看，零部件年產(chǎn)值達上百億美元，推動下游各環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)指數(shù)級增長趨勢。從成本角度來看，零部件采購額通常占據(jù)半導體設備生產(chǎn)成本的90%以上，是半導體設備的基礎和核心。

2、分類及技術難點

半導體設備零部件種類繁多，不同零部件功能和技術難點差異較大，整體市場競爭格局較為分散，但主要細分市場內(nèi)部集中度極高，主要被美日歐等海外廠商占據(jù)，各細分領域龍頭供應商大多是專長于單一或少數(shù)品類。

按照半導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、運動部件、電控部件以及其他部件。各部件技術難點情況如下所示：

圖： 按材料和使用功能分類的各類零部件技術難點

資料來源：《半導體零部件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對我國發(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體材料，由于具有良好的耐高溫、 耐腐蝕性、耐磨性、高溫力學性、抗氧化性等特性，在半導體、核能、國防及空間技術等高科技領域具有廣闊的應用前景。

碳化硅零部件，即以碳化硅及其復合材料為主要材料的設備零部件，被廣泛應用于外延生長、等離子體刻蝕、快速熱處理、薄膜沉積、氧化/擴散、離子注入等主要半導體制造環(huán)節(jié)的設備中。目前，SiC涂層石墨零部件產(chǎn)品，國產(chǎn)化較快，志橙半導體領跑，但主要是在外延環(huán)節(jié)應用；而IC前道制程，無論是SiC涂層還是SiC件，基本上國產(chǎn)化率為0。

（2）部分應用環(huán)節(jié)展示

• SiC外延設備中碳化硅涂層石墨零部件

SiC 外延設備是應用化學氣相沉積法在碳化硅襯底上沿其原來的晶向再生長 一層同質(zhì)或異質(zhì) SiC 薄膜的設備。應用于 SiC 外延設備的碳化硅涂層石墨零部件種類較多，以多種形態(tài)、功能應用于水平式、垂直式外延設備反應腔內(nèi)，起到承載碳化硅襯底、控溫、保溫、 通氣、防護等多種作用，從而共同控制反應腔內(nèi)外延片生長的厚度、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物化學氣相沉積（MOCVD）設備中支撐和加熱單晶襯底的部件，是MOCVD設備的核心關鍵部件。以志橙半導體所產(chǎn)代表產(chǎn)品——上下半月件、碳化硅襯底托盤為例，其在反應腔內(nèi)部透視圖如下。

圖：外延設備內(nèi)部透視圖及反應腔內(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用于刻蝕設備、MOCVD設備和SiC外延設備、快速熱處理設備等領域。CVD碳化硅零部件最大細分市場為刻蝕設備，刻蝕設備中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，通常使用時間約在300小時左右。由于CVD碳化硅對含氯和含氟刻蝕氣體的低反應性、導電性，使其成為等離子體刻蝕設備聚焦環(huán)等部件的理想材料。

圖：聚焦環(huán)在刻蝕機中的應用

（3）市場規(guī)模

根據(jù)QY Research 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2022 年中國CVD碳化硅零部件市場規(guī)模達到2.00 億美元，預計2028 年將達到4.26 億美元，年復合增長率（CAGR）為13.44%。