新能源車行業(yè)深度報(bào)告（二）：SiC產(chǎn)業(yè)鏈：低成本、高質(zhì)量、大批量是產(chǎn)業(yè)化的核心

內(nèi)容目錄碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包括上游襯底和外延、中游器件、下游應(yīng)用 4襯底：產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量占比高，良率和訂單是勝負(fù)手 5技術(shù)及資本密集型產(chǎn)業(yè)，是碳化硅降本的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 5國產(chǎn)廠商進(jìn)展不斷加速，良率和訂單是勝負(fù)手 8國產(chǎn)廠商順應(yīng)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，加速釋放產(chǎn)能 8良率和訂單是企業(yè)盈利的關(guān)鍵 12外延：技術(shù)工藝設(shè)備相對(duì)成熟，國產(chǎn)化進(jìn)展較快 13外延技術(shù)相對(duì)較為成熟，外延爐是核心設(shè)備 13外延環(huán)節(jié)國產(chǎn)化水平較高，有上下游向外延延申的趨勢(shì) 15器件及模塊：“上車方顯英雄本色” 17晶圓制造環(huán)節(jié)技術(shù)難度僅次于襯底，需要使用特定設(shè)備 17器件仍以海外廠商為主，國內(nèi)廠商不斷跟進(jìn) 18國產(chǎn)化上主驅(qū)還要經(jīng)歷一段嚴(yán)苛漫長的歷程 21全產(chǎn)業(yè)鏈齊心協(xié)力推進(jìn)低成本、高質(zhì)量、大批量的產(chǎn)業(yè)化 22風(fēng)險(xiǎn)提示 23圖表目錄圖1：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈 4圖2：SiC功率器件成本構(gòu)成 4圖3：Si功率器件成本構(gòu)成 4圖4：襯底和外延是產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量最大的兩個(gè)環(huán)節(jié) 5圖5：SiC功率器件成本構(gòu)成 5圖6：Si功率器件成本構(gòu)成 5圖7：襯底加工流程 6圖8：物理氣相傳輸法生長碳化硅晶體示意圖 7圖9：碳化硅晶體的堆垛次序 7圖10：2021年全球碳化硅襯底市占率 9圖2022年全球碳化硅襯底市占率 9圖12：企業(yè)需要平衡規(guī)模提高盈利能力 12圖13：天岳先進(jìn)前五大客戶營收占比 13圖14：外延層構(gòu)成情況 13圖15：CVD法制作碳化硅外延片過程圖 13圖16：SiC外延常見的缺陷類型 14圖17：碳化硅外延層缺陷與襯底缺陷的關(guān)聯(lián)性 14圖18：高溫離子注入機(jī) 17圖19：高溫退火爐和高溫氧化爐 17圖20：2022年全球SiC器件市場(chǎng)份額 19圖21：碳化硅五巨頭的2022年?duì)I收和市占率，以及2023年預(yù)期 19圖22：國產(chǎn)SiC二極管報(bào)價(jià)（單位：元/A） 21圖23：碳化硅上車要經(jīng)歷漫長且嚴(yán)苛的歷程 22圖24：國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成完整的閉環(huán) 22表1：2022年以來國外SiC項(xiàng)目進(jìn)展概況 9表2：國內(nèi)碳化硅擴(kuò)產(chǎn)情況 10表3：國內(nèi)外碳化硅外延廠商產(chǎn)品/產(chǎn)能布局 14表4：海外廠商外延擴(kuò)產(chǎn)情況 15表5：國內(nèi)廠商外延擴(kuò)產(chǎn)情況 15表6：碳化硅器件制造環(huán)節(jié)的工藝難題和產(chǎn)業(yè)化問題 18表7：2023年以來海外大廠上下游整合事件 19表8：國內(nèi)SiC功率模塊上主驅(qū)的車型 21碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包括上游襯底和外延、中游器件、下游應(yīng)用die，經(jīng)過封裝得到器件，器件組合在一起放入特殊外殼中組裝成模組。圖1：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：瀚天天成招股說明書，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈附加值向上游集中，襯底和外延的成本占比最高。根據(jù)CASA的數(shù)據(jù)，產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅襯底和外延的成本分別占整個(gè)器件成本的47%和23%，為產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量最大的兩個(gè)環(huán)節(jié)，相比硅基器件、價(jià)值量顯著倒掛。圖2：SiC功率器件成本構(gòu)成 圖3：Si功率器件成本構(gòu)成資料來源：CASA《第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2021》，

資料來源：CASA《第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2021》，圖4：襯底和外延是產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量最大的兩個(gè)環(huán)節(jié)資料來源：繪制考慮到碳化硅未來的主要需求增量來自于新能源汽車及光伏、工業(yè)等，主要是對(duì)半導(dǎo)電型碳化硅的市場(chǎng)空間的爆發(fā)，因此本文主要討論的是半導(dǎo)電型碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈投資機(jī)會(huì)。襯底：產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量占比高，良率和訂單是勝負(fù)手技術(shù)及資本密集型產(chǎn)業(yè)，是碳化硅降本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)襯底在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量最高，高達(dá)47%。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈附加值向上游集中，襯底和外延的成本占比最高。根據(jù)CASA的數(shù)據(jù)，產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅襯底和外延的成本分別占整個(gè)器件成本的47%和23%，為產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量最大的兩個(gè)環(huán)節(jié)，相比硅基器件、價(jià)值量顯著倒掛。圖5：SiC功率器件成本構(gòu)成 圖6：Si功率器件成本構(gòu)成資料來源：CASA《第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2021》，

資料來源：CASA《第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2021》，襯底屬于技術(shù)密集型行業(yè)，生產(chǎn)工藝水平直接影響良率。從生產(chǎn)工藝來看，以高純碳粉、高純硅粉為原料合成碳化硅微粉，在碳化硅單晶爐中進(jìn)行碳化硅單晶生長，再經(jīng)過晶碇切磨拋Wolfspeed65%，這其中技術(shù)難度最高的又是長晶環(huán)節(jié)：圖7：襯底加工流程資料來源：天岳先進(jìn)招股說明書，原料合成：獲得高純度碳化硅粉難度高。將高純硅粉和高純碳粉按一定配比混合，在2,000Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和顆粒粒度難控制。晶體生長：長晶是技術(shù)難度最高的環(huán)節(jié)，工藝水平?jīng)Q定良率。PVT法（物理氣相傳輸法）、溶液法和高溫氣相化學(xué)沉積法等，目前商用碳化硅單晶生長均采用PVT法。具體原理為將高純碳化硅微粉和籽晶分別置于單晶生長爐內(nèi)2,000℃以上，控制籽晶處溫Si2C、SiC2、Si等物質(zhì)，在溫度梯度驅(qū)動(dòng)下到達(dá)溫度較低的籽晶處，并在其上結(jié)晶形成圓柱狀碳化硅晶錠。圖8：物理氣相傳輸法生長碳化硅晶體示意圖資料來源：天科合達(dá)招股說明書，長晶有以下難點(diǎn)：熱場(chǎng)控制難：密閉高溫腔體監(jiān)控難度高不可控制。區(qū)別于傳統(tǒng)硅基的溶液直拉式長晶2,000℃以上的高溫環(huán)境中密閉空間生長，且在生產(chǎn)中需要精確調(diào)控生長溫度，溫度控制難度高；晶型控制難：生長過程容易發(fā)生微管、多型夾雜、位錯(cuò)等缺陷，且相互影響和演變。（MP）200多種不同晶型，但僅少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)（4H型）才是生產(chǎn)所需的半導(dǎo)體材料，生長過程中易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變?cè)斐啥嘈蛫A雜缺陷，因此需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數(shù)；此外，碳化硅單晶生長熱場(chǎng)存在（BPD、TSDTED）等缺陷，從而影響后續(xù)外延和器件的質(zhì)量和性能。圖9：碳化硅晶體的堆垛次序資料來源：瀚天天成招股說明書，摻雜控制難：必須嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得定向摻雜的導(dǎo)電型晶體；3天就可以長成一根晶棒，7天，這就導(dǎo)致碳化硅生產(chǎn)效率天然地更低，產(chǎn)出非常受限。結(jié)合密閉生長，容易發(fā)生諸多缺陷，因此很難在生長過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行調(diào)整，需要等到每一次生長完成后再不斷改進(jìn)工藝，這不僅僅需要原理的認(rèn)識(shí)，更需要時(shí)間的積累，是一個(gè)非常漫長且艱難的過程。從碳化硅襯底的制備流程來看，需要碳化硅粉料合成設(shè)備、長晶爐、切片機(jī)、研磨機(jī)和拋光機(jī)、量測(cè)儀器等，其中最為關(guān)鍵的核心設(shè)備就是長晶爐，由于晶體生長速度非常慢且良率低，長晶過程需要大量的單晶爐，要獲得一定規(guī)模效應(yīng)以降低成本就需要大量設(shè)備投入。單晶爐國產(chǎn)化率較高，（如日本信越化學(xué)和日本勝高）S-TECHCoLtd.等公司采購設(shè)備。由于設(shè)備認(rèn)證周期較長、廠商更換成本、穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)等因素，國產(chǎn)供應(yīng)商尚未實(shí)現(xiàn)國際主流碳化硅廠商的設(shè)備供應(yīng)。晶錠加工：將碳化硅晶錠使用X射線單晶定向儀進(jìn)行定向，之后通過精密機(jī)械加工的方式磨平、滾圓，加工成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸和角度的碳化硅晶棒。對(duì)所有成型晶棒進(jìn)行尺寸、角度等指標(biāo)檢測(cè)。碳化硅硬度與金剛石接近，切割、研磨、拋光技術(shù)難度大，加工過程中存在易開裂問題，加工完成后的襯底易存在翹曲等質(zhì)量問題；為了達(dá)到下游外延開盒即用的質(zhì)量水平，需要對(duì)碳化硅襯底表面進(jìn)行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并達(dá)到嚴(yán)苛的金屬、顆?？刂埔?。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)的往復(fù)式金剛石固結(jié)磨料多線切割方法下，在切割環(huán)節(jié)對(duì)整體材料利用率僅有50%75%，可用部分比例較低。國產(chǎn)廠商進(jìn)展不斷加速，良率和訂單是勝負(fù)手國產(chǎn)廠商順應(yīng)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，加速釋放產(chǎn)能SiC的數(shù)據(jù)，2022年全球碳化硅襯底市場(chǎng)中，美國Wolfspeed、美國Ⅱ-Ⅵ和日本Rohm（收購德SICrystal）72%1.0415%，同比+5pct。圖10：2021年全球碳化硅襯底市占率 圖年全球碳化硅襯底市占率資料來源：Yole， 資料來源：Yole，86低單個(gè)器件的成本，如英飛凌、Wolfspeed、ST8寸碳化硅8英寸晶圓的過渡。2015Wolfspeed8英寸碳化硅10820221388雖然82025年之后。表1：2022年以來國外SiC項(xiàng)目進(jìn)展概況企業(yè)時(shí)間概況投資額年產(chǎn)能廠址Senic2022年1月正式建設(shè)SiC襯底項(xiàng)目韓國富士電機(jī)2022年1月擴(kuò)大子公司津輕半導(dǎo)體SiC器件產(chǎn)能700億日元日本TOREX2022年2月62022年推出SiCMOSFET日本東芝2022年2月功率器件擴(kuò)產(chǎn)，其中包括建設(shè)8英寸的SiC、GaN產(chǎn)線1000億日元日本2022年3月宣布開始在內(nèi)部生產(chǎn)SiC外延片日本SKSiltron2022年2月擴(kuò)建龜尾2廠，以生產(chǎn)SiC晶圓后段工藝1900億韓元韓國2022年9月SiC襯底新工廠正式建成投產(chǎn)6億美元50萬片美國博世2022年2月追加投資2.5億歐元，進(jìn)--步擴(kuò)大SiC等產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)2.5億歐元數(shù)億顆德國2022年7月SiC工廠按計(jì)劃擴(kuò)建中4億歐元德國iA集團(tuán)2022年3月子公司TRimnoTechnology計(jì)劃建設(shè)SiC項(xiàng)目900億韓元韓國Soitec2022年3月Bemmin4SiC襯底工廠奠基，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)3.3億歐元50萬片法國Coherent2022年3月SiC襯底和外延工廠進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)建，產(chǎn)能增加6倍10億美元100萬片美國HaloIndustries2022年3月計(jì)劃提高SiC晶圓激光切割產(chǎn)能1.2萬片美國Wolfspeed2022年4月SiC1030倍10億美元美國2022年9月8SiC2022年9月增加10倍以上13億美元美國企業(yè)時(shí)間概況投資額年產(chǎn)能廠址丹佛斯2022年4月與賀利式開設(shè)DieTopSystem生產(chǎn)線，生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)電源模塊，于2023年建設(shè)第二條生產(chǎn)線德國意法半導(dǎo)體2022年5月擴(kuò)大SiC模塊產(chǎn)量，潔凈室面積擴(kuò)大了30%2.44億美元摩洛哥2022年10月新建SiC襯底工廠，2023年1月開始量產(chǎn)7.3億歐元>37萬片意大利OXIDE2022年5月建設(shè)8英寸SiC襯底廠，基于名古屋大學(xué)液相法4億日元日本羅姆2022年6月SiC1700億日元200億日元日本安森美2022年7月SiC10倍以上10億美元>100萬片韓國2022年8月GTATSiC新工廠完成擴(kuò)建，產(chǎn)能擴(kuò)充5倍美國2022年9月擴(kuò)建SiC外延廠，產(chǎn)能將提高16倍4.5億美元捷克英飛凌2022年7月寬禁帶半導(dǎo)體第三個(gè)廠區(qū)正式奠基20億歐元馬來西亞西格里2022年8月石墨產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)展，2年內(nèi)完成數(shù)百萬歐元德國住友金屬2022年9月開建8英寸SiC復(fù)合生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2024年完工12萬片日本KISAB2022年9月完成750萬歐元融資，用于擴(kuò)大SiC襯底生產(chǎn)750萬歐元瑞典恒諾微2022年10月PowrerIMasterSiSiC電源管理器件生產(chǎn)線，2022年底-2023年初投產(chǎn)0.65億美元韓國東部高科2022年10月訂購GaN和SiC生產(chǎn)設(shè)備，推進(jìn)項(xiàng)目量產(chǎn)商業(yè)化韓國日立2022年10月2026SiC3倍數(shù)百億日元日本資料來源：《2022碳化硅(SiC)產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》，第三代半導(dǎo)體風(fēng)向公眾號(hào)，行家說三代半公眾號(hào)，國內(nèi)廠商加快擴(kuò)產(chǎn)打造規(guī)模優(yōu)勢(shì)，8英寸正在突破技術(shù)。下游應(yīng)用市場(chǎng)龐大，無論是在新能源汽車還是光伏太陽能行業(yè)，國內(nèi)都具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)需求快速爆發(fā)的背景下，國內(nèi)企業(yè)一方面加快對(duì)技術(shù)差距的追趕，另一方面也在積極投入大量資源進(jìn)行產(chǎn)線的建設(shè)來滿足市場(chǎng)需求和提供技術(shù)迭代的產(chǎn)業(yè)土壤，如天科合達(dá)、山東天岳等頭部廠商持續(xù)加大投入進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。SiCCASA年我國襯94萬片/2023130萬片/8英寸襯底量產(chǎn)出貨的也僅山西爍科一家。表2：國內(nèi)碳化硅擴(kuò)產(chǎn)情況廠商名稱2023年底產(chǎn)能新建產(chǎn)能地點(diǎn)投資金額天科合達(dá)29萬片/年90萬片/年北京大興、江蘇徐圳17.8（北京和江蘇的部分）天岳先進(jìn)半絕緣型：25萬片/年半絕緣型：25/年半導(dǎo)電型：30/年山東濟(jì)南/濟(jì)寧、上海臨港25億元晶盛機(jī)電6英寸1萬片/月20231125658（浙江上虞寧夏銀406以上尺寸的導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅襯底晶片、上虞總投資50億元三安光電1.82/月8湖南、重慶160億元（湖南）、32廠商名稱2023年底產(chǎn)能新建產(chǎn)能地點(diǎn)投資金額6英寸產(chǎn)能48萬/年億美元（重慶）爍科晶體30/25萬片導(dǎo)電型、5高純半絕緣型150N10半絕緣型碳化硅單晶晶片的產(chǎn)能。山西東尼電子小于10萬片/年2024302025交付50萬片。浙江湖州總投資4.69億元科友半導(dǎo)體10萬片/年2025年20萬片/年哈爾濱10億元河北同光10萬片/年計(jì)劃建設(shè)年產(chǎn)60萬片襯底基地，預(yù)計(jì)2025年末實(shí)現(xiàn)滿產(chǎn)運(yùn)營河北保定微芯長江202311200SiC2024456英寸襯底20萬片。，安徽銅陵13.5億元世紀(jì)金光5萬片/年2026年17萬片2023年10月與包頭市政府簽署“年產(chǎn)70萬片6-8英寸碳化硅單晶襯底項(xiàng)目戰(zhàn)略合作協(xié)議。北京、合肥、金華、” 包頭34.57億元（包頭）世紀(jì)金芯3萬片/年2026年6-8英寸70萬合肥、包頭總投資35億元中電化合物半導(dǎo)體2萬片/年2026年6萬片寧波山西天成2萬片/年超芯星2萬片/年計(jì)劃將6-8英寸碳化硅襯底年產(chǎn)量提升至150萬片南京合盛新材2萬片/年南砂晶圓5萬片/年24年10萬廣州10億元露笑科技13.44萬片/年24萬片/年乾晶半導(dǎo)體-2024606-8化硅供給能力（三期完成后）杭州、衢州一期投資約3億元粵海金半導(dǎo)體-20237產(chǎn)能共11萬片山東東營總投資為6.5億元集芯先進(jìn)-202315/年碳化硅襯底項(xiàng)目江蘇徐州合盛新材-290外延片良率達(dá)到95已得到國內(nèi)多家下8研發(fā)順利，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，浙江省慈溪市、青禾晶元-天津復(fù)合襯底產(chǎn)線，首期產(chǎn)能規(guī)模是3萬片，未來計(jì)劃達(dá)到15萬片天津9.9億元?？瓢雽?dǎo)體-碳化硅襯底修復(fù)外延驗(yàn)證技術(shù)研發(fā)項(xiàng)3355億元江蘇3億元騰睿微-碳化硅襯底中試線，一期中試基地正式12026年其年產(chǎn)能將達(dá)到10萬片。四川廠商名稱2023年底產(chǎn)能新建產(chǎn)能地點(diǎn)投資金額中核匯能-50000硅單晶襯底、N陜西6億元重投天科-2022106106片25萬片。22億元資料來源：公司公告，碳化硅芯觀察公眾號(hào)，行家說三代半公眾號(hào)，集邦化合物半導(dǎo)體公眾號(hào)，電子發(fā)燒友公眾號(hào)，良率和訂單是企業(yè)盈利的關(guān)鍵200圖12：企業(yè)需要平衡規(guī)模提高盈利能力資料來源：繪制落到最后，更為直觀且核心的就是能否拿到客戶訂單。襯底廠商關(guān)鍵在于盈利性，而盈利性又是由良率和訂單決定的，能賣的出去產(chǎn)品且能盈利才是硬道理。目前國內(nèi)廠商天岳先進(jìn)、天科合達(dá)已成功供應(yīng)英飛凌、博世等國際大廠。以天岳先進(jìn)為例，2021年及之前，天岳先進(jìn)主要向無線電探測(cè)、信息通信行業(yè)廠商供應(yīng)半絕緣型SiC襯底，2022年公司實(shí)現(xiàn)將部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至導(dǎo)電型襯底后，陸續(xù)與國家電網(wǎng)等多個(gè)國內(nèi)客戶建立合作關(guān)系，并與英飛凌、博世集團(tuán)等海外大廠簽訂長期合作協(xié)議，國內(nèi)廠商進(jìn)展飛速。圖13：天岳先進(jìn)前五大客戶營收占比資料來源：公司公告，繪制外延：技術(shù)工藝設(shè)備相對(duì)成熟，國產(chǎn)化進(jìn)展較快外延技術(shù)相對(duì)較為成熟，外延爐是核心設(shè)備碳化硅外延晶片是指在碳化硅襯底的基礎(chǔ)上，經(jīng)過外延工藝生長出晶格一致、高純度、低缺陷的特定單晶薄膜。由于采用升華法制備的單晶襯底無法實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子濃度的精密控制，且無法有效降低晶體缺陷，因此需要在襯底上生長高質(zhì)量的外延層，可以消除襯底中的某些缺陷，使晶格排列整齊，即外延生長技術(shù)是碳化硅器件必不可少的環(huán)節(jié)，外延質(zhì)量對(duì)器件性能影響極大?，F(xiàn)階段碳化硅外延制備主要通過化學(xué)氣相沉積（CVD）CVD外延生長現(xiàn)階段CCDB、液相外延法（LPE）、脈沖激光淀積和升華法（PLD）等。目前化學(xué)氣相沉積（CVD）是最為4H-SiC外延方法。其優(yōu)勢(shì)在于可以有效控制生長過程中氣體源流量、反應(yīng)室溫度以及壓力，改變成膜環(huán)境，可以精準(zhǔn)控制外延生長參數(shù)，具有重復(fù)性良好，設(shè)備體積適中的優(yōu)良特點(diǎn)。圖14：外延層構(gòu)成情況 圖15：CVD法制作碳化硅外延片過程圖資料來源：瀚天天成， 資料來源：瀚天天成，高品質(zhì)的碳化硅外延晶片生長受到外延生長過程中使用的CVD外延爐、襯底等上游設(shè)備及材料的影響。國際上已經(jīng)商業(yè)化量產(chǎn)的SiC-CVD設(shè)備有意大利LPE、德國Axitron和日本NuFlare產(chǎn)品，這三家公司也占據(jù)了國內(nèi)市場(chǎng)。由于起步晚和產(chǎn)業(yè)化水平低，國產(chǎn)設(shè)備在使用方便性、可調(diào)性、穩(wěn)定性以及運(yùn)行維護(hù)性方面與國外先進(jìn)設(shè)備相比存在較大的差距，重點(diǎn)需要提升溫場(chǎng)和流場(chǎng)的均勻性方面的技術(shù)。以芯三代、晶盛機(jī)電為代表的國內(nèi)SiC-CVD設(shè)備廠家，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至領(lǐng)先國際先進(jìn)水平，國產(chǎn)SiC-CVD設(shè)備目前的重點(diǎn)是進(jìn)入生產(chǎn)線接受大批量生產(chǎn)考驗(yàn)。表3：國內(nèi)外碳化硅外延廠商產(chǎn)品/產(chǎn)能布局廠商外延片尺寸產(chǎn)能/規(guī)劃外延設(shè)備供應(yīng)商國外Wolfspeed6寸為主，2025年供8寸2022年產(chǎn)約230萬片超100臺(tái)，Aixtron/LPE為主昭和電工6寸/8寸2022年產(chǎn)約190萬片超100臺(tái)，Nuflare為主SKSiltron6寸/8寸QorvoSKSiltronSiC襯底和外延片多年供貨協(xié)議-Coherent8寸2022368英寸SiC襯底和外延片(廠房近30萬平方英尺)-國內(nèi)瀚天天成6寸為主，8寸已突破202212萬片202340萬片2025年年產(chǎn)140萬片>80臺(tái)，LPE/晶盛機(jī)電為主東莞天域6寸為主，8寸研發(fā)中2022年產(chǎn)8萬片，100萬片產(chǎn)能項(xiàng)目啟動(dòng)>60臺(tái)，LPE/深圳納設(shè)南京百識(shí)6寸為主2021年正式投產(chǎn)，2023年銷售5萬片NuFlare/芯三代為主中電化合物6寸為主2021年正式投產(chǎn)，2023年銷售5萬片NuFlare、LPE為主三安光電8寸公司與意法半導(dǎo)體擬32億美元(228億元)合建8英寸碳化硅外延/芯片代工廠北方華創(chuàng)等資料來源：芯世相公眾號(hào)，芯智訊公眾號(hào)，集邦半導(dǎo)體公眾號(hào)，（Micropipe）、貫穿刃型位錯(cuò)（TED）（BPD）等。許多襯底缺陷會(huì)隨著外延生長延伸到外延層中，部分缺陷會(huì)轉(zhuǎn)換成外延缺陷，導(dǎo)致器件性能退化或直接失效。通過外延工藝優(yōu)化可以有效降低或消除這些外延缺陷，從而改善器件良率。優(yōu)質(zhì)的碳化硅外延生長工藝不僅可以改進(jìn)碳化硅襯底缺陷，還可以減少外延自身生長缺陷，大幅提升下游器件良率。圖16：SiC外延常見的缺陷類型 圖17：碳化硅外延層缺陷與襯底缺陷的關(guān)聯(lián)性資料來源：基本半導(dǎo)體公眾號(hào)，DT新材料公眾號(hào)，

資料來源：瀚天天成，外延環(huán)節(jié)國產(chǎn)化水平較高，有上下游向外延延申的趨勢(shì)頭Wolfspeed(Cree)、DowCorning、II-VI、Norstel、ROHM、三菱電機(jī)、InfineonIDM公司，CR790%份額。國內(nèi)純外延產(chǎn)業(yè)化比較成熟的企業(yè)有天域63-6英寸各種外延片的生產(chǎn)。目前各大廠商均在擴(kuò)產(chǎn)8英寸襯底產(chǎn)能。表4：海外廠商外延擴(kuò)產(chǎn)情況廠商名稱產(chǎn)能規(guī)劃地點(diǎn)投資金額Wolfspeed22年產(chǎn)約30605年供8英寸。Coherent20223襯底和外延工廠進(jìn)行6100萬片。美國10億美元ResonacSiC20275月實(shí)現(xiàn)供應(yīng)，年產(chǎn)能為28.8萬片/年(折合6英寸)。309（包含襯底和外延）住友電工202710月實(shí)現(xiàn)供貨，SiC外延12萬片/（6英寸計(jì)算。300（襯底和外延）Pallidus計(jì)劃建設(shè)一個(gè)SiC項(xiàng)目，涵蓋粉料、襯底和外延生產(chǎn)制造。美國約克縣超4.43億美元安森美2022年9月，擴(kuò)建SiC外延廠，產(chǎn)能將提高16倍。捷克4.5億美元資料來源：InSemi，碳化硅芯觀察公眾號(hào)，艾邦半導(dǎo)體公眾號(hào)，芯世相公眾號(hào)，芯智訊公眾號(hào)，國內(nèi)外廠商紛紛擴(kuò)產(chǎn)，且有上下游向外延環(huán)節(jié)延申的趨勢(shì)。一方面，外延環(huán)節(jié)技術(shù)及工藝相對(duì)襯底較為成熟；另一方面，相較純外延廠商，襯底廠商向下游外延延申可以直接為客戶提供外延產(chǎn)品，具有更強(qiáng)的客戶優(yōu)勢(shì)，晶圓廠商向上游外延延申可以縮短驗(yàn)證周期，具有更強(qiáng)的驗(yàn)證優(yōu)勢(shì)。目前碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)呈現(xiàn)出了上下游紛紛向外延環(huán)節(jié)延申的趨勢(shì)。但我們認(rèn)為長期來看，當(dāng)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈具有一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模時(shí)，純外延廠商作為代工廠為客戶提供代工服務(wù)，那些具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)的廠商仍然具備顯著的成本優(yōu)勢(shì)。外延作為技術(shù)密集型和資本密集型行業(yè)，行業(yè)對(duì)技術(shù)和工藝要求較高，所需固定資產(chǎn)投入較大，固定成本分?jǐn)傒^大，因此規(guī)模優(yōu)勢(shì)有望帶來成本優(yōu)勢(shì)。表5：國內(nèi)廠商外延擴(kuò)產(chǎn)情況廠商名稱產(chǎn)能規(guī)劃地點(diǎn)投資金額瀚天天成202212202340萬片；2025140萬片；6寸為主，8寸已實(shí)破。20232月，6-8SiC外延品片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(擴(kuò)產(chǎn))75條碳化硅外延品片生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能年產(chǎn)碳化硅外延晶片30萬片。廈門東莞天域6寸為主，8寸研發(fā)中。4-6英寸碳化硅外延晶片的年產(chǎn)能為12萬2025年竣工并投產(chǎn)，2028100萬片/20233廣東80億元（233月）廠商名稱產(chǎn)能規(guī)劃地點(diǎn)投資金額心和研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目擴(kuò)產(chǎn))0萬片的碳化硅外延202317萬片年產(chǎn)的建設(shè)。比亞迪20236月宣布擬在深圳坪山比亞迪汽車生產(chǎn)基地建設(shè)SiC外延中SiC6000片/年，總產(chǎn)能達(dá)18000片/年。深圳坪山總投資約2.14億元長飛先進(jìn)擬建設(shè)第三代半導(dǎo)體功率器件生產(chǎn)項(xiàng)目，建設(shè)內(nèi)容包括外延、品圓6SiC36萬片/年，功率器件模塊6100萬個(gè)/年。60億元天域半導(dǎo)體天域半導(dǎo)體總部、生產(chǎn)制造中心和研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目，用于生產(chǎn)6英寸、8英寸碳化硅外延晶片，預(yù)計(jì)年產(chǎn)能120萬片。廣東80億元瀚海半導(dǎo)體主要建設(shè)300臺(tái)碳化硅長晶爐及切磨拋生產(chǎn)線，后期建設(shè)碳化硅外延片，并逐步形成“碳化硅晶體一晶片一外延片”產(chǎn)業(yè)鏈。內(nèi)蒙古13億元?？瓢雽?dǎo)體33億元,建成年產(chǎn)5萬片的生產(chǎn)線,達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)值5億元。江蘇3億元中電化合物20215202310318SiC8萬片。普興電子392臺(tái)（套3008366英寸碳化硅外延產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。河北16.7元百識(shí)電子項(xiàng)目計(jì)劃分兩期建設(shè)，建成達(dá)產(chǎn)后產(chǎn)能為15萬片。揚(yáng)州總投資10億元三安半導(dǎo)體一期項(xiàng)目長晶、襯底、外延、芯片車間已全線正式批量生產(chǎn)，月產(chǎn)能力2萬片。湖南投資總額160億元（含土地使用權(quán)和流動(dòng)資金）華旭硅材20239第四季度投入量產(chǎn)，到2024年第一季度產(chǎn)能將達(dá)2.4萬片/年。臺(tái)灣重投天科202212月重投天科第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目封頂(新建)610625萬片。深圳22億元海乾半導(dǎo)體2022年12月海乾半導(dǎo)體外延片項(xiàng)目通線運(yùn)行(新建)，期廠房規(guī)劃1200V3.7萬片。目前海乾半導(dǎo)體一期廠1206/8英寸外延設(shè)備的生產(chǎn)車間，建成后511200V規(guī)格外延片。杭州漢印機(jī)電2023年4月，碳化硅外延設(shè)備和外延項(xiàng)目(新建)。鹽城浙江晶睿20234月，浙江晶睿電子晶圓片和外延片制造項(xiàng)目(新建)，主要進(jìn)行高端電子級(jí)半導(dǎo)體材料(8-12英寸晶園片)切磨、拋光、外延等投資材料的研發(fā)、制造，以及第三代化合物半導(dǎo)體外延片的生產(chǎn)，一期投產(chǎn)后年產(chǎn)值9億元。麗水55億元，其中期投資5億元合盛新材料20235(新建)。寧波6億元南京國盛2023月，中電科南京外延材料產(chǎn)業(yè)基地宣布正式投產(chǎn)運(yùn)行(新建）。南京江豐電子202312(新建公司從事研發(fā)、生產(chǎn)和銷售碳化硅(SiC)半導(dǎo)體外延晶片業(yè)務(wù)，目前相關(guān)產(chǎn)線建設(shè)正在積極推進(jìn)中，已具備一定的生產(chǎn)能力。寧波賽飛凌20228衢州1.14億元廠商名稱產(chǎn)能規(guī)劃地點(diǎn)投資金額體2.16噸以及半導(dǎo)體碳化硅單品外延片15000片等。資料來源：InSemi，碳化硅芯觀察公眾號(hào)，艾邦半導(dǎo)體公眾號(hào)，芯世相公眾號(hào)，芯智訊公眾號(hào)，器件及模塊：“上車方顯英雄本色”晶圓制造環(huán)節(jié)技術(shù)難度僅次于襯底，需要使用特定設(shè)備7020對(duì)干法刻蝕機(jī)進(jìn)行升級(jí)由于碳化硅具有Sentech、TEL、、Oxford等；國內(nèi)主要單位包括北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、中科院微電子所等。新增高溫離子注入機(jī)區(qū)別于硅可以采用擴(kuò)散或離子注入實(shí)現(xiàn)摻雜，碳化硅晶格難擴(kuò)散，摻雜需要采用更高的注入能量，一300KEV700KEV損傷，碳化硅注入一般需要在500℃以上高溫條件下進(jìn)行。目前主要廠商以海外為主，包括NISSIN20101年的時(shí)間，因此國內(nèi)部分廠商也是由于缺少高溫離子注入機(jī)而選擇代工模式。圖18：高溫離子注入機(jī) 圖19：高溫退火爐和高溫氧化爐 資料來源：泰科天潤， 資料來源：泰科天潤，此外高溫離子注入會(huì)造成損傷，因此需要高溫退火爐。離子注入后仍需進(jìn)行高溫退火，才可以激活注入離子。N型摻雜的退火溫度一般需要大于1200℃，P型摻雜的退火溫度一般需要大于1600℃。實(shí)現(xiàn)碳化硅高溫退火爐主要技術(shù)難點(diǎn)包括高溫爐膛熱場(chǎng)設(shè)計(jì)制造工藝，快速升溫、降溫與控溫技術(shù)等。國外主要廠商主要包括Centrotherm、日本真空等。由于碳化硅具有雙元素，需要使用高溫氧化爐來制備柵極氧化層。柵氧工藝不得不面對(duì)碳原子的反應(yīng)，會(huì)形成碳相關(guān)雜質(zhì)，需要高溫氧化工藝，被業(yè)內(nèi)成為皇冠級(jí)難度。與硅柵氧化工藝不同，碳化硅高溫氧化時(shí)需要通入特定工藝氣體促進(jìn)碳原子的析出，增加了工藝的復(fù)雜性。主要技術(shù)難點(diǎn)包括無金屬加熱技術(shù)、抗氧化無污染高溫爐膛設(shè)計(jì)與制造、高溫氧化工藝等。因此面臨硅產(chǎn)業(yè)無法借鑒，工藝需要摸案、設(shè)備配套較局限，高濕爐易受污染、長期穩(wěn)定性差的難點(diǎn)。國外主要廠商包括Centrotherm、東橫化學(xué)等。國內(nèi)主要廠商為北方華創(chuàng)等。由于碳化硅材料較硬且脆，需要使用更為堅(jiān)硬的背面減薄機(jī)。背面減薄機(jī)主要技術(shù)難點(diǎn)包括高硬度材料減薄厚度的精確測(cè)量及控制，磨削后晶圓表面出現(xiàn)損傷層、微裂紋和殘余應(yīng)力，SiC晶圓減薄后產(chǎn)生比Si晶圓更大的翹曲現(xiàn)象等。國外主要廠商包括日本不二越、Disco等，國內(nèi)設(shè)備主要差距在于產(chǎn)業(yè)化程度有待進(jìn)一步提高。表6：碳化硅器件制造環(huán)節(jié)的工藝難題和產(chǎn)業(yè)化問題材料特性工藝難題產(chǎn)業(yè)化問題晶格難擴(kuò)散碳化硅不擴(kuò)散，滲雜需要高能注入，一般注入能量在300KEV，基至需要打二階到700KEV以上工藝制造成本高、流片效率低必須注AL，需要高溫化退火工藝局限。高溫爐易受污染、長期穩(wěn)定性差雙元素要高溫氧化工藝，呈冠級(jí)難度透明光刻工藝難以適應(yīng)，各設(shè)備傳送、取片難以定位硬干刻很難，挖槽工藝是碳化硅工藝的呈冠級(jí)難度深槽形貌的一致件、穩(wěn)定性無法保障脆甩于、傳送、取片易脆，減薄工藝難以適應(yīng)生產(chǎn)效宰低、碎片率高資料來源：泰科天潤，器件仍以海外廠商為主，國內(nèi)廠商不斷跟進(jìn)目前，碳化硅器件的市場(chǎng)份額以海外廠商為主。2022年意法半導(dǎo)體仍然居首，碳化硅功7（僅包括器件2.6億美元的營收，超過了日本廠家羅姆晉級(jí)第四。部分原因在于安森美從碳化硅襯底、外延、裸片，再到單管和模塊封裝測(cè)試完全垂直整合，而羅姆在單價(jià)更高的碳化硅模塊，特別是車規(guī)產(chǎn)CR501芯聞公眾號(hào)的統(tǒng)計(jì)，2022年意法碳化硅40%Wolfspeed20%左右的市場(chǎng)。14%之間。圖20：2022年全球SiC器件市場(chǎng)份額 圖21：碳化硅五巨頭的2022年?duì)I收和市占率，以及2023年預(yù)期資料來源：01芯聞公眾號(hào)， 資料來源：01芯聞公眾號(hào)，頭部五家2023年英飛凌與ResonacCorporation簽署了全新的多年期供應(yīng)和合作協(xié)議，并于天科合達(dá)、天岳先進(jìn)簽訂了供應(yīng)協(xié)議，充分保障襯Evertiq來SiC行業(yè)內(nèi)并購數(shù)量明顯增加，以美國為例，2006-2022年間共發(fā)生9起SiC企業(yè)并購7起發(fā)生于2018年及以后。表7：2023年以來海外大廠上下游整合事件海外大廠時(shí)間合作內(nèi)容英飛凌2023年3月英飛凌與ResonacCorporation簽署了全新的多年期供應(yīng)和合作協(xié)議，將深化雙方在siC材料領(lǐng)域的長期合作伙伴關(guān)系。英飛凌未來十年的SiC材料約10%將由Resonac供給，前期以6英寸材料為主，后期提供8英寸材料2023年5月150毫米SiC晶圓和晶錠，每家供應(yīng)量都約為10%2023年5月英飛凌與Schweizer擴(kuò)大在芯片嵌入式領(lǐng)域的合作，旨在將英飛凌的1200VCoolsic芯片直接嵌入PCB板2023年5月英飛凌與鴻海集團(tuán)簽訂合作備忘錄，將在電動(dòng)車領(lǐng)域建立長期合作關(guān)系。雙方將聚焦于siC技術(shù)在電動(dòng)車大功率應(yīng)用的導(dǎo)入，并計(jì)劃在中國臺(tái)灣共同設(shè)立系統(tǒng)應(yīng)用中心2023年10月英飛凌與現(xiàn)代、起亞簽署了SiC和si功率半導(dǎo)體的多年供應(yīng)協(xié)議，協(xié)議有效期至2030年Wolfspeed2023年1月Wolfspeed與梅賽德斯--奔馳部分汽車線的新--代動(dòng)力總成系統(tǒng)將采用Wolfspeed半導(dǎo)體2023年2月Wolfspeed將與采埃孚在德國建立聯(lián)合研發(fā)中心。此外，采埃孚還將投資Wolfspeed的下--代8英寸碳化硅晶圓工廠2023年3月Wolfspeed將與NCA&T建立聯(lián)合研發(fā)機(jī)構(gòu)，以進(jìn)-步推進(jìn)SiC技術(shù)創(chuàng)新2023年6月Wolfspeed與欣銳科技達(dá)成合作意向協(xié)議，擬共同推進(jìn)SiCMOSFET在新能源汽車及充電樁領(lǐng)域的應(yīng)用2023年7月WolfspeedWolfspeed盛弘股份新--代電能質(zhì)量解決方案的APF和SVG產(chǎn)品2023年7月Wolfspeed與瑞薩電子簽署十年期SiC晶圓供應(yīng)協(xié)議,將從2025年開始向瑞薩電子提供6英寸SiC襯底和外延片，并在查塔姆工廠全面運(yùn)作后提供8英寸SiC襯底和外延片安森美2023年1月AmptEliteSiCSiC技術(shù)海外大廠時(shí)間合作內(nèi)容2023年1月安森美與大眾簽署戰(zhàn)略協(xié)議，為大眾的下-代平臺(tái)系列提供模塊和半導(dǎo)體器件，將首先交付EliteSiC1200V主驅(qū)逆變器電源模塊2023年3月安森美與寶馬簽訂了長期供貨協(xié)議，未來將為寶馬400V直流母線動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)提供Elitesic技術(shù)解決方案2023年4月安森美與極氟簽署長期供應(yīng)協(xié)議，極氪將采用安森美的M3E1200VEliteSiCMOSFET2023年5月安森美與緯湃科技簽署價(jià)值17.5億歐元的十年期SiC產(chǎn)品供應(yīng)協(xié)議，緯湃科技將向安森美提供2.3億歐元投資，用于采購SiC晶錠生長、晶圓生產(chǎn)和外延的新設(shè)備2023年7月安森美與博格華納簽署總價(jià)值超過10億美元的Si℃供貨協(xié)議，博格華納計(jì)劃把安森美Elitesic1200V和750V功率器件集成到VIPER功率模塊中2023年7月安森美與麥格納達(dá)成長期供貨協(xié)議，麥格納將在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中集成安森美的Elitesic智能電源方案，還將投資4000萬美元用于安森美新設(shè)備采購，以保證未來供應(yīng)意法半導(dǎo)體2023年4月意法半導(dǎo)體與采埃孚簽署SiC器件長期供應(yīng)協(xié)議,意法半導(dǎo)體將從2025年起向采埃孚提供超過-千萬個(gè)第三代SiCMOSFET模塊2023年6月意法半導(dǎo)體與三安光電聯(lián)合投資32億美元建廠，進(jìn)行8英寸SiC器件大規(guī)模量產(chǎn)，預(yù)計(jì)于2025年完成階段性建設(shè)并投產(chǎn)，2028年達(dá)產(chǎn)2023年8月意法半導(dǎo)體與博格華納合作，為博格華納的Viper電源模塊提供SiC功率MOSFET，將應(yīng)用于沃爾沃純電動(dòng)汽車Coherent2023年5月Coherent與三菱電機(jī)簽署合作協(xié)議，將為三菱電機(jī)提供8英寸n型4HSiC村底2023年10月CoherentDENSO68英寸襯DENSO5CoherentSic業(yè)務(wù)25%股權(quán)羅姆2023年6月羅姆與緯湃科技簽署siC功率元器件長期供貨合作協(xié)議,緯湃科技計(jì)劃最早從