商务部拟限制硅片反制，国产替代正当时！

碳化硅衬底厂商产品质量，以及外延片工艺和设备分析！

｜SiC竞争格局：国内外差距逐步缩小，国产替代可期
｜中国主要SiC衬底项目布局情况统计据CASA Research 整理，2019年有 6家国际巨头宣布了12 项扩产，主要为衬底产能的扩张，其中最大的项目为科锐公司投资近10 亿美元的扩产计划，分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新的可满足车规级标准的8 英寸功率和射频衬底制造工厂。

导电型SiC 衬底（主要应用于新能源车、光伏等领域）1) 全球市场：美国科锐公司（Wolfspeed）占据了60%以上的市场份额，基本控制了国际碳化硅单晶的市场价格和质量标准。其他公司包括：美国二六（II-VI）、德国SiCrystalAG、道康宁（DowCorning）、日本新日铁等。主流产品已经完成从4 寸 向 6寸的转化。2)中国国内公司：总体处于发展初期，主要以4英寸小尺寸产能为主。2018年，天科合达以1.7%的市场占有率排名全球第六、国内第一，中国天科合达（天富集团控股13.8%、天富能源持10.657%）的市占率由2018年的1.7%、2019年的3%上升至 2020年的5.3%、全球第四，中国第一​，2023年是新能源车和光伏大年，天科合达有望跻身第一梯队。其他公司包括山东天岳、河北同光、世纪金光、中电集团2 所等。

​半绝缘型SiC 衬底（主要应用于5G 射频等领域）全球市场美国科锐（WOLFSPEED）、贰陆公司（II-VI）依旧合计占据近70%的市场份额。国内公司山东天岳已挤进全球前三，2020年市占率达 30%。

之前以CREE为主，IIVI也用过，后续CREE的买不到了，会选一些国产片子。主要是天科合达，也包括天岳和同光的。

质量情况上CREE 整体比IIVI的要好。对外延来说没有太多的片子选择权，一般是根据设计公司或对应的器件厂商的指定进行采购。采购不到会用国产替代进行验证，验证通过后才会用国产片子。

做完外延片之后CREE 整体良率更高，产生的缺陷更少:天科的片子和CREE有一定差距但目前也能满足暂时对SBD的需求公司自身也在做长晶和衬底，目前质量上不太符合要求，在验证阶段还未进入客户端量产阶段。

公司会购买天科P级和D级两种片子。P级用于长外延，天科内部良率不清楚，从接收来看每批会有几片不良(但不太接受客诉)，天的同等级别片子质量不如天科，同光的再差一些。露笑的片子质量一般，不如天岳、天科。东尼不了解。综合排序:国外>天岳>天科>露笑、同光等

海外有没有其他的供应商?

CREE和IIVI。

目前差距是否有缩小?对整体的评价的好坏主要基于哪些指标?从动态角度来看，这几家的进步速度和与海外差距的最新进展如何?

衬底片的质量不只来源于衬底加工主要取决于晶体质量。很多参数在晶体生长完之后便已经形成，在衬底加工过程中不能改变。一些晶体缺陷会在做外延的过程中放大，从而导致器件的良率降低。

故一般情况下从晶片质量和衬底加工两方面进行评估衬底方面主要是运行参数(如 Bow 值、Wuk 值、TTV、LTV)平面度翘曲度，包括裂纹等，边缘3mm 之内有的等级允许有。天科和天岳的片子会有边缘的裂纹，CREE的没有(裂纹很小)，长外延需要去边3mm3mm之外不会影响外延片的质量晶体参数，如六方空洞、包裹物、微管密度。

如 CREE 的片子，随着购买数量增加，微管密度质量有所下降。碳化硅厂家针对外延会有合同的缺陷范围，合同较松、但内控比较严，用外部的良率及签订的合同进行客诉商一般不会承认，但实际上是将一些较差的片子发出了。

比较重要的参数是晶体的位错密度如 TSD，TED，BPD，是国产和国外晶体质量差异的主要体现，是最有竞争力的指标。

如BPD在长晶时就存在，叫作基面位错，外延过程中会将 BPD 转换成堆的一些层错，会造成器件绝缘击穿等缺陷，影响器件的性能。

目前 BPD与国外差距大约一个等级。国内研发级挑选最好的片子可以和国外媲美，但如果量产级大部分达不到这样的水平并不能代表生产水平目前国内长晶的公司 BPD是研发的一个主要方向。

了解到国外位错密度1000cre/m2，国内在5000-1w。数据取决于看平均水平还是最好水平，目前和国外差距较大。

外延厂商竞争格局如何?

(包括本公司及天域、天成、中电科两家，客户或下游器件的应用)下游厂家一般用在哪里不太清楚。

外延技术壁垒并不高，工艺比较简单对衬底抽检，将衬底放入外延炉生长主要参数是时间和温度容易控制对于外延来说主要瓶颈在外延设备，技术方面不算是瓶颈。

这边有两种外延设备，一是LPE 设备，属于单片机，生长速度较快，只有一个腔;是Nuflare，一台设备有两个腔体，但中国现在买不到了。

该设备转速高达到1000转/分钟，高转速对外延的厚度、浓度均匀性有利;且气流方向垂直向下可以降低片子上的杂质，提升良率本公司外延并非十分有经验的人在做，但是质量还可以。

目前有一些国产替代设备，但国外设备配件损坏难以购买。外延主要客户，中电旗下的积塔半导体;中芯绍兴购买衬底片多一些，外延片少一些 ;比亚迪是最大最重要的客户，我们是第一家通过比亚迪的合格供应商名录，瑞能、中科汉韵、士兰、华润微都有合作。

是否了解 55所和爱仕特(在比亚迪占比较大)?

对的，东莞天域也是其供应商。通过比亚迪合格供应商之后体量增长较快，碳化硅行业目前产能也是一个瓶颈，为防止无法充分供货会多开发几家供应商，本公司占比较大，没有具体数据。

国产化设备如华创、48所、晶盛机电对于 nuflare、LPE、TEL目前能做到什么程度的替代?有一些外延厂用的是纯国产化设备，因为无法买到外面的设备。替代比例不好说。功能上大部分可以替代。

是不是不能按照之前的方法(按照Nuflare或LPE指的产能和扩张速度再去拍大陆外延厂商的产能)计算外延厂商的产能?

因为国产如果能够完全供应，理论上外延产能是随便扩的?

产能瓶颈体现在设备方面，工艺并不难。只要设备没有问题，产能问题不大。目前产能瓶颈体现在腔太少，只有两台设备(一台 Nuflare，一台LPE)3个腔，外延片平均生产效率约1.5h/片，一天16/17片，一个月一千三四百片，去除假期、设备保养等达不到满产1400 片。

东莞天域外延产能?

设备数量不清楚，但目前在客户如比亚迪的占比不如我们多。

关于前段时间东尼公告的和天域的采购13.5亿的订单，听说天域从找天科采购到后来天科自己生产外延，所以不想合作了，外延这部分该如何看待，是否上游做衬底的以及下游做器件的都会做外延?

如果外延国产化设备替代稳定之后，外延不算做瓶颈。但对于单纯做外延的公司来说如果衬底厂商自己做外延且国外的衬底买不到，国内好的衬底自用那么光有设备和好的技术但没有衬底可用对外延来说是一个风险目前衬底购买较为困难，国内衬底较好的厂商不多，国外的无法购买，自家衬底供不上外延的需求，如果后续各家均做外延，单纯做外延的厂商生存不如前几年乐观。

下游器件包括代工厂端或者设计公司，对接触的客户以及整体的评价?

士兰在国内处于较前端，有IDM厂能够自己设计自己生产，是较大的优势。

斯达半导体，可能专注于IGBT 领域，21年底有一笔较大的募资建立碳化硅工艺芯片的研发项目，但是用华虹代工，缺点就是没有自己的设计和生产，包括中电旗下的积塔半导体也是纯的代工厂扬杰电子是设计公司。

目前国内有自己设计自己生产、设计公司和代工厂分开两种情况无法评判那种情况更好，如积塔半导体是要听设计公司的，设计公司会指定衬底的供应商，具有较强的话语权。

功率的上市公司如新洁能、斯达、扬杰等可能搞碳化硅或建设自己的Fab或封装，没上市的碳化硅器件如清纯、瞻芯是找代工厂代工，代工模式或者idm这两种模式会各有优势且长期共存?是的。

国内外碳化硅衬底的价差?

大概一两千。

CREE 去年四季度八时良率不及预期，是否得到解决?

8 时不清楚，目前客户也没有8 时需求。我们公司内部生产以6 时为主6时碳化硅衬底片虽然已经研发出来，但是距离量产存在一定差距，自己还用不上自己的碳化硅衬底片

若外延炉国产设备在性能和产能上完全替代海外对外延厂商来说是不是没有设备瓶颈了?国内国产化设备还在验证阶段，没有进入量产阶段，其他的外延厂也需要经过一定时间的验证，没有问题之后才会完全替代国外设备，还需要一定时间。目前仍未完全替代国外设备。

从衬底来看技术变化趋势是否有技术升级的变化如气泡膜从金刚线切割到激光冷切割 ?

我们公司目前是金刚线的切割没有研发激光切 还没有进行技术迭代发展。其他公司的情况不太了解。