碳化硅設(shè)備行業(yè)深度報告：SiC東風已來關(guān)注襯底與外延環(huán)節(jié)的材料+設(shè)備國產(chǎn)化機遇【勘誤版】

碳化碳化硅設(shè)備行業(yè)深度報告：設(shè)備國產(chǎn)化機遇【勘誤版】SiC：需求乘“車”而起，材料&設(shè)備商迎國產(chǎn)化機遇2）我們預計到2025年全球/國內(nèi)6寸碳化硅單晶爐新增市場空間約100/40億元，2023-2025年CAGR為63%/75%。5）我們預計到2025年全球/國內(nèi)6寸碳化硅外延爐新增市場空間約130/53億元，2023-2025年CAGR約75比達80%+，設(shè)備核心壁壘在于氣體流量的控制，國內(nèi)晶盛機電、北方華創(chuàng)投資要點汽車導電型SiC功率器件市場規(guī)模有望達雜質(zhì)控制、生長速度緩慢等，隨著國內(nèi)SiC襯底加速擴產(chǎn)，我們預計2025年全球/國內(nèi)激光切片損耗少、效率高，有望替代金剛線成為新一代主流切割技術(shù)，我們預計到2025年全球/切片設(shè)備新增市場空間約30/13億元，金剛線切割方面高測股份已推出分別兼容4-8英寸的SiC金剛線切片機并持機電、北方華創(chuàng)、芯三代、中電48所和深圳納設(shè)智能等均在積極推進國產(chǎn)替代。此外在德龍激光、大族激光市占率各50%。風險提示：新能源車銷量不及預期的風險、碳化硅滲透率提升不及預期的風險、SiC設(shè)備國產(chǎn)化率提升不及預4112233頭角，屬于直接帶隙且具有相對寬的帶隙，載流子速度更快、噪音更低。其適用于制作高速、高及發(fā)光電子器件，但受限于材料本身，難以滿足更高功率、更高電壓、更第三代半導體（直接帶隙&寬帶隙）：近年來，以氮化鎵（GaN）速率(107cm/s)45數(shù)據(jù)來源：《第三代寬禁帶功率半導體及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀》，東吳證券研究所1.2SiC作為第三代半導體材料具有耐高壓、耐高頻和耐高溫的優(yōu)勢大(約Si的3倍)、熱導率高(約Si的3.3倍熔點高(2830℃,約Si-1410℃的兩倍)的特點，c.高速開關(guān)：SiC高電子遷移率更高，6數(shù)據(jù)來源:三菱電機官網(wǎng)，東吳證券研究所1.3新能源汽車+光伏發(fā)電雙輪驅(qū)動碳化硅產(chǎn)業(yè)放量），使用SiC-Mosfet或SiC-Mosfet與SiC-SBD結(jié)合的光伏逆變器，可將轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%+，能量損耗降CAGR達34%；2027年新能源汽車導電型SiC功率器件市場規(guī)模有望達50億美元，占比高達79%。單位：百萬美元單位：百萬美元4986,79%77數(shù)據(jù)來源:Yole，東吳證券研究所81.4全球已有多款SiC車型量產(chǎn)交付，SiC迎來上車導入期8發(fā)展前景不明的猜測，但近期全球汽車市場卻用實際行動表達了對SiC的支持家供應(yīng)商簽訂包括SiC在內(nèi)的半導體合作協(xié)議，總價值超80億元；博格華納向安森美SiC產(chǎn)品下定金額超72億元；瑞薩電子也與2023上半年銷量美美數(shù)據(jù)來源:愛集微，東吳證券研究所碳化硅器件產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件制造（設(shè)計、制造、封測）三大環(huán)節(jié)。從工藝流程上看，首碳化硅粉末通過長晶形成晶碇，然后經(jīng)過切片、打磨、拋光得到碳化硅襯底；襯底經(jīng)過外延生長得到），9數(shù)據(jù)來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院，億渡數(shù)據(jù)，東吳證券研究所1122332.1.襯底：大尺寸有效降本，國內(nèi)外龍頭均已成功研發(fā)8寸為主，導電型碳化硅襯底以6寸為主。大尺寸可以攤薄單位芯片的成本，當襯底從6圖：碳化硅可根據(jù)電化學性質(zhì)進行分類圖：碳化硅襯底的發(fā)展趨勢是從6英寸向8英寸發(fā)展半絕緣型導電型≥105Ω·cm微波射頻器件數(shù)據(jù)來源：天岳先進招股書，東吳證券研究所2.1.襯底：導電型Wolfspeed一家獨大，絕緣型天岳先進入圍前三Wolfspeed和Ⅱ-Ⅵ公司在研發(fā)和數(shù)據(jù)來源：Yole，億渡數(shù)據(jù)，東吳證券研究所2.1.襯底：海外龍頭積極擴產(chǎn)，保障8寸碳化硅襯底批量供應(yīng)公司2012年全球首次成功研制2019年宣布產(chǎn)通過收購Ascatron和2015年成功研制8寸導電Innovion，擁有6寸碳化硅數(shù)據(jù)來源：億渡數(shù)據(jù)，Infineon，中國經(jīng)濟網(wǎng)，IT之家，中國證券網(wǎng)，面包板，東吳證券研究所（2）天科合達同樣已經(jīng)實現(xiàn)6英寸導電型碳化硅襯底的量產(chǎn)，2021年徐州生產(chǎn)基地6英寸系列產(chǎn)品產(chǎn)能達（3）晶盛機電（晶越）已經(jīng)掌握了6英寸碳化硅的長晶技術(shù)和晶片加工工藝，預期產(chǎn)能為40萬片/年，此外已經(jīng)研發(fā)8英寸產(chǎn)品生產(chǎn)線，已過自主擴徑實現(xiàn)高質(zhì)量8英寸產(chǎn)品的制備已實現(xiàn)6英寸導電型碳化硅襯底產(chǎn)品量產(chǎn)20-30萬片/年天岳先進天科合達已實現(xiàn)6英寸導電型碳化硅襯底產(chǎn)品量產(chǎn)宣布將于2023年實現(xiàn)8英寸導電型碳化硅襯底小規(guī)模量產(chǎn)20-30萬片/年晶盛機電已掌握行業(yè)領(lǐng)先的晶盛機電已掌握行業(yè)領(lǐng)先的8英寸碳化硅襯底工藝和技術(shù)，公司通過自有籽晶經(jīng)過多輪擴徑，成功生長出8英寸N型碳化硅晶體，解決了8英寸碳化硅晶體生長過程中溫場不均，晶體開裂、氣相原料分布等難點問題已具備6英寸碳化硅的長晶技術(shù)和晶片加工工藝晶盛機電（晶越）40萬片/年數(shù)據(jù)來源：億渡數(shù)據(jù)，Infineon，中國經(jīng)濟網(wǎng)，東吳證券研究所14產(chǎn)品性能WolfspeedII-VI產(chǎn)品性能WolfspeedII-VI+150.0微管密度約≤10μm≤6μm≤10μm≤30μm≤25μm翹曲度≤40μm≤40μm≤40μm表面粗糙度Ra≤0.5nmRa≤0.2nmRa≤0.2nm產(chǎn)品性能WolfspeedII-VI天科合達天岳先進直徑150.0mmmm未披露+150.0mm0.0/-0.5mm150.0mm±0.2mm微管密度未披露＜0.1cm-2≤5cm-2≤0.5cm-2多型面積≤5%（面未披露不允許不允許電阻率范圍≥1×106Ω·cm≥1×1011Ω·cm≥1×109Ω·cm≥1×108Ω·cm總厚度變化≤10μm未披露≤6μm≤10μm彎曲度（絕對值）未披露未披露≤30μm≤25μm翹曲度≤40μm未披露≤40μm≤40μm表面粗糙度未披露Ra≤0.5nmRa≤0.2nmRa≤0.2nm數(shù)據(jù)來源：天岳先進招股說明書，東吳證券研究所152.1.襯底：我們預計2025年全球6寸碳化硅襯底新增市場空間約380億元我們預計到2025年6寸碳化硅襯底新增市場空間約380億元，其中導電型碳化硅襯底市場空間約260億元（新能源汽車Sic襯底為主要來源，貢獻市場空間約245億元），半絕緣型碳化硅襯底市場空間約12源汽車/光伏逆變器/風能變流器/儲能逆變器的SiC村底片用量分別為0.5/0.03/0.09/0.05片/臺3）碳化襯底占器件成本比例50%+。2022A2023E2024E2025E460.0379.8碳化硅滲透率(2)碳化硅滲透率(6)碳化硅滲透率碳化硅滲透率(14)=(13)*(12)/10000碳化硅器件滲透率碳化硅襯底價值量占比2.1.襯底：我們預計2025年國內(nèi)6寸碳化硅襯底新增市場空間約156億元我們預計到2025年6寸碳化硅襯底新增市場空間約156億元，其中導電型碳化硅襯底市場空間約108億元（新能源汽車Sic襯底為主要來源，貢獻市場空間約103億元），半絕緣型碳化硅襯底市場空間約4源汽車/光伏逆變器/風能變流器/儲能逆變器的SiC村底片用量分別為0.5/0.03/0.09/0.05片/臺3）中國半絕緣型襯底滲透率分為2022A2023E2024E2025E47%47%042%42%22925%025340%5026%26%47.9025.333.5205碳化硅滲透率(2)碳化硅滲透率(6)碳化硅滲透率碳化硅滲透率碳化硅器件滲透率碳化硅襯底價值量占比6寸碳化硅襯底市場空間合計（億元18）=（14）+（17）2.1.碳化硅襯底的生產(chǎn)流程包括長晶、切片、研磨和拋光四個環(huán)節(jié)碳化硅襯底合成研磨、拋光碳化硅粉碳化硅晶片碳化硅晶錠數(shù)據(jù)來源：晶升股份招股書，東吳證券研究所2.2.長晶：碳化硅晶體生長的主流方法是物理氣相傳輸（PVT）（2）HTCVD法的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是沉積溫度的控制。HTCVD法生長晶體純度較高、可實現(xiàn)近勻速晶體生長，但良度緩慢、生長長度受限。日本的住友金屬公司采用LPE方法。高溫化學氣相積淀（高溫化學氣相積淀（HTCVD）物理氣相傳輸（PVT）液相外延（LPE）長晶方式示意圖將將SiH4、C2H4等反應(yīng)氣體通過載氣從反應(yīng)器的底部通入，在中部熱區(qū)發(fā)生反應(yīng)并形成SiC簇，升華至反應(yīng)器頂端籽晶處生長，工藝溫度為1800-2300°C在高溫區(qū)(>2000°C)將SiC粉末升華，將SiC氣體沿著溫度梯度輸送，在較冷的尾部SiC籽晶凝聚為晶體在1800°C的溫度下碳硅溶液共溶，從過冷飽和溶液中析出SiC晶體具有技術(shù)方案成熟、生長過程簡單、設(shè)備成本低等特點。技術(shù)難點主要為大尺寸襯底制備、缺陷水平控制及良率提升可制備高純度、高質(zhì)量的半絕緣型碳化硅晶體，具有工藝參數(shù)可調(diào)性、產(chǎn)品多樣性等優(yōu)勢。受晶體生長設(shè)備、高純氣體成本較高、生長工藝尚未成熟等因素制約，商業(yè)化進展緩慢，未實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用易擴徑、易實現(xiàn)穩(wěn)定的P型摻雜、長晶過程可觀測等特點，有望成為未來制備尺寸更大、結(jié)晶質(zhì)量更高、成本更低的碳化硅單晶生數(shù)據(jù)來源：晶升股份招股書，東吳證券研究所2.2.長晶：碳化硅晶體生長的主流方法是物理氣相傳輸（PVT）數(shù)據(jù)來源：晶升股份招股書，上海皓越電爐技術(shù)有限公司，東吳證券研究所2.2.長晶：工藝難點在于溫度控制，熱場材料仍依賴進口熱場是PVT碳化硅單晶爐中最關(guān)鍵的部分，熱場設(shè)計決定了溫度控制的精<5ppm。坩堝主要采用高純度石墨，純度要求<5ppm。熱場主要的材料仍依賴進口（歐洲斯柯達、日本東洋碳素等）。保溫材料和坩堝數(shù)據(jù)來源：人工晶體學報，晶升股份招股書，數(shù)據(jù)來源：人工晶體學報，晶升股份招股書，東吳證券研究所（2）雜質(zhì)控制：碳化硅晶體結(jié)構(gòu)類型眾多，但僅少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅為襯底所需材料，雜質(zhì)控制難易產(chǎn)生多晶型夾雜，降低產(chǎn)品良率。（3）生長速度緩慢：使用主流的PVT法約7天才能生長2cm左右厚度的碳化硅晶錠，碳化硅單晶與傳統(tǒng)硅節(jié)的綜合良率僅在37%左右，與Wolf數(shù)據(jù)來源：上海依陽實業(yè)，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，晶升股份招股書數(shù)據(jù)來源：上海依陽實業(yè)，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，晶升股份招股書，東吳證券研究所2.2.長晶：預計2025年全球/國內(nèi)SiC單晶爐新增市場空間約100/40億元核心假設(shè)1）2022-25年碳化硅單晶爐單價約60/55/350/400/450/500片/年，產(chǎn)能利用率維持全球碳化硅單晶爐廠商產(chǎn)能臺數(shù)(9)=(7)/8研/自產(chǎn)晶體生長設(shè)備，主要用于其自身碳化硅襯底的生產(chǎn)制造，不對外大批量銷售。數(shù)據(jù)來源：晶升股份招股書，東吳證券研究所2.2.長晶：設(shè)備規(guī)格與國外齊平，部分晶體生長控制參數(shù)優(yōu)于國外進性。碳化硅單晶爐技術(shù)指標主要包括設(shè)備規(guī)格參數(shù)、晶體商，設(shè)備規(guī)格&晶體生長控制指標基本處于同一技術(shù)水平，感應(yīng)/感應(yīng)/電阻感應(yīng)/電阻//設(shè)備規(guī)格指標參數(shù)控壓精度（mbar）極限真空（mbar） 數(shù)據(jù)來源：晶升股份招股書，東吳證券研究所2.3.切片：切割是SiC襯底加工的首道工序，線鋸切割是主流技術(shù)統(tǒng)鋸切（如內(nèi)圓鋸片、金剛石帶鋸）切縫大、材料損耗多，不適用于SiC晶體切割；激光切割通過激光在晶體數(shù)據(jù)來源：《碳化硅單晶襯底加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》，《碳化硅晶圓切割方法綜述》等，東吳證券研究所2.3.切片：未來金剛線切割和激光切割將替代砂漿線成為主流技術(shù)等優(yōu)勢受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，此外，激光切割方法也形成了技術(shù)路線砂漿切割金剛線切割磨料研磨度較高；2、材料損耗??；2、SiC晶錠損耗小，單個晶錠有4、游離的磨粒對鋼線同樣具2、激光切割區(qū)域易出現(xiàn)熱熔損數(shù)據(jù)來源：《碳化硅單晶襯底加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》，《碳化硅晶圓切割方法綜述》，東吳證券研究所2.3.切片：砂漿切割成熟度高但速度低、成本高，難滿足加工要求砂漿線切割又稱為游離磨料線鋸切割，切片加工過程實際上是三體磨料磨損的過程（切割線（切片厚度<0.3mm），切片的產(chǎn)率更高（采用多線切割，），會在晶片表面產(chǎn)生較大的微裂紋、殘余應(yīng)力和較深的相變層，導致晶片翹曲變形并增加后續(xù)加工工作量；4）數(shù)據(jù)來源：《線鋸切片技術(shù)及其在碳化硅晶圓加工中的應(yīng)用》，《金剛石線鋸切割SiC的加工質(zhì)量研究》，高測股份招股意向書，東吳證券研究所砂漿切割正逐漸被金剛線切割所替代。1）金剛線切割技術(shù)依然采用多線割具有更高的耐磨性和耐熱性，能夠承受更大的切削力，切削時間大幅數(shù)據(jù)來源：《碳化硅晶圓切割方法綜述》等，梅耶博格官網(wǎng)，高測股份招股意向書，東吳證券研究所2.3.切片：激光切割有望替代金剛線成為新一代主流切割技術(shù)激光切片是利用高能激光束照射工件表面，使被照射區(qū)域局部熔化、氣化過去激光工藝無法達到切片要求，激光半劃用于SiC晶圓劃線工藝。激光半劃適用于解理性較2.3.切片：激光切割有望替代金剛線成為新一代主流切割技術(shù)損耗；激光切割的切面較為光滑，研磨拋帶來的損耗非常少。一片SiC晶圓大約幾千元，對于客戶的原材料節(jié)大節(jié)省，市場單價約為500-1000萬元/臺。金剛線切片單價2工藝參數(shù)激光切割金剛線切割砂漿切割切口（um）損傷層（um）翹曲度（um）4~7856寸晶錠平均有效切割片數(shù)切割速度（mm/min）單個晶錠切割周期64~5天設(shè)備單價（萬元/臺）-數(shù)據(jù)來源：德龍激光，東吳證券研究所2.3.切片：我們預計到2025年全球切片設(shè)備新增市場空間約30億元核心假設(shè)1）砂漿切片機產(chǎn)能&價格基本穩(wěn)定，20222-25年產(chǎn)能約0.60/0.65/0.70/0.75萬片/臺，價格200/200/190/190萬元/臺，技術(shù)滲透率90%/78%/60%/40%，良率約70%，設(shè)備稼動率約50%;（2）75%。設(shè)備稼動率60%3）激光切片機2022-25年產(chǎn)能約元/臺，滲透率0%/2%/5%/10%，良率約80%，設(shè)備稼動率70%。表：我們預計到2025年全球切片設(shè)備新增市場空間約30億元，2023-2025年CAGR約48%全球?qū)щ娦?寸碳化硅襯底需求量（萬片）全球半絕緣型6寸碳化硅襯底需求量（萬片）砂漿切片機年產(chǎn)能（萬片/臺考慮整體良率70%）(3)設(shè)備稼動率(4)金剛線切片機滲透率(8)）（設(shè)備稼動率(10)設(shè)備稼動率(16)029數(shù)據(jù)來源：高測股份，東吳證券研究所測算2.3.切片：我們預計到2025年國內(nèi)切片設(shè)備新增市場空間約13億元核心假設(shè)1）砂漿切片機產(chǎn)能&價格基本穩(wěn)定，20222-25年產(chǎn)能約0.60/0.65/0.70/0.75萬片/臺，價格200/200/190/190萬元/臺，技術(shù)滲透率90%/78%/60%/40%，良率約70%，設(shè)備稼動率約50%;（2）75%。設(shè)備稼動率60%3）激光切片機2022-25年產(chǎn)能約元/臺，滲透率0%/2%/5%/10%，良率約80%，設(shè)備稼動率70%。表：我們預計到2025年國內(nèi)切片設(shè)備新增市場空間約13億元，2023-2025年CAGR約58%砂漿切片機年產(chǎn)能（萬片/臺考慮整體良率70%）(3)設(shè)備稼動率(4)金剛線切片機滲透率(8)）（設(shè)備稼動率(10)金剛線切片機需求量（臺）(11)=(1)*(8)/(9)/(10)/74激光切片機年產(chǎn)能（萬片/臺考慮整體良率80%）(15)設(shè)備稼動率(16)014數(shù)據(jù)來源：高測股份，東吳證券研究所測算市占率最高的機臺，公司的SiC切割將充分受益于在藍寶石領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗。高鳥的SiC砂漿切片機型號包括圖：日本高鳥的SiC砂漿切割機，MWS是Mul線鋸）縮寫，S代表Slurry（砂漿），D分別代表Down（倒切割）切割和金剛線切割，前者最高線速達1200m/min）和Diamond（金剛石），3/4/6/8的數(shù)字開頭分別代表對應(yīng)機型尺2.3.切片：金剛線切割工藝主要設(shè)備供應(yīng)商：日本安永、高測股份等數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)，高測股份投資者關(guān)系活動記錄表，東吳證券研DISCO東京精密及其他DISCO東京精密及其他傳統(tǒng)硅基設(shè)備根據(jù)加工方式的不同可分為冷圓減薄切削領(lǐng)域，作為半導體晶圓減薄切削單片6寸SiC晶圓的切割時間由3.1小時大幅縮短至10分鐘，且不再需要后續(xù)研磨，單位材料損耗降低56%。 大族激光2.8%華工科技2.0%大族激光德邦激光海目星聯(lián)贏激光帝爾激光德龍激光亞威股份其他大族激光2.8%華工科技2.0%大族激光德邦激光海目星聯(lián)贏激光帝爾激光德龍激光亞威股份其他大族激光作為國內(nèi)激光廠商龍頭，SiC晶錠激光切片機用于第三代半導體的SiC晶錠激光切片機已經(jīng)交付客戶進行驗數(shù)據(jù)來源：中商情報網(wǎng)，大族激光，德龍激光，東吳證券研究所2.4.磨拋：研磨初步去除SiC晶片切割中形成的表面刀痕和損傷層切片會使晶圓表面損傷，而襯底表面的缺陷和劃傷會在外延生長過程中延伸磨粒的微切削去除方式使被加工材料的表面脫落，從而提高工件的形狀精度、尺寸和降低材料一次只能磨削襯底的一個面，而雙面研磨具有上、下兩個研磨數(shù)據(jù)來源：《碳化硅襯底超精密加工技術(shù)》，《碳化硅單晶襯底超精密拋光關(guān)鍵技術(shù)研究》，東吳證券研究所2.4.磨拋：拋光進一步保障表面質(zhì)量，以滿足后續(xù)外延&器件制造SiC晶片在研磨后需進行拋光，該環(huán)節(jié)是為了去除研磨導致的表面硬粒和殘留損傷翹曲度（Warp改善襯底表面的表面粗糙度（RaCMP以使硅面表面光潔，作為唯一能夠獲得全局平坦化的最有效的方法，該技術(shù)多作為SiC單晶襯底加工緣進行加工以防止晶片開裂。干式拋光指不使用水和研磨膏等介質(zhì)，只使用干式拋數(shù)據(jù)來源：《碳化硅單晶襯底超精密拋光關(guān)鍵技術(shù)研究》等，Disco官網(wǎng)，華海清科招股書，東吳證券研究所2.4.磨拋：我們預計2025年全球/國內(nèi)磨拋設(shè)備的市場空間約56/23億元圖：我們預計到2025年6寸磨拋設(shè)備的市場空間全球研磨機市場空間（億元）④=①*(②+③*2）中國研磨機市場空間（億元）④=①*(②+③*2）SiC行業(yè)中所使用的磨拋設(shè)備均由藍寶石、硅晶等行業(yè)中的單一設(shè)備所改圖：DISCO磨拋產(chǎn)品造延伸而來，因此廠商眾多。國外廠商包括日本的秀和工業(yè)、Disco和東京精密，法國的Soitec，瑞士的梅耶博格，美國的AppliedMaterials和Speedfam等；國內(nèi)廠商包括邁為、特思迪、揚帆半導體等。為滿足產(chǎn)業(yè)化需求，切磨拋的全自動量產(chǎn)化正在逐步開展。DISCO是全球半導體制造設(shè)備龍頭，多年專注于晶圓減薄、拋光等領(lǐng)域。產(chǎn)品包括研磨機（Grinders）、拋光機（Polishers）、研磨拋光一體機(Grinder/Polisher）、表面平坦機（SurfacePlaner）等；在SiC減薄方面，公司采用4軸磨削和干法拋光以提高產(chǎn)品質(zhì)量。國內(nèi)，邁為股份對標Disco所有型號，國產(chǎn)化進展符合預期。邁為在2019年立項研磨機，是國內(nèi)最早將全自動減薄機推向量產(chǎn)的廠商（23年1月），截至2023年7月，8英寸減薄機已量產(chǎn)。圖：DISCO采用4軸磨削和干法拋光以提高SiC晶片減薄質(zhì)量圖：邁為MX-SSG1A半導體晶圓研磨設(shè)備數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)，《TechBriefing2022-DISCOCorporatio1122333.外延3.外延外延工藝必不可少。與傳統(tǒng)硅器件不同，碳化硅器件不能直接制作在襯底上，需要在襯底15000V則需要上百微米（約150μm）。應(yīng)用領(lǐng)域碳化硅SiC低功率器件/射頻(≥650V）(≥650V）數(shù)據(jù)來源：電子發(fā)燒友，東吳證券研究所3.1.外延片：工藝難度大，Wolfspeed的SiC外延厚度已實現(xiàn)200μmSiC外延需嚴格控制缺陷，工藝難度大。SiC外延會復制襯底的晶體結(jié)構(gòu)，因此外延缺陷（如微管、貫穿螺型位錯TSD、貫穿刃型位錯TED、基平面位錯BPD以及生長過程的位錯以及宏觀缺陷（如掉落物、三角形缺陷、胡蘿卜缺陷掉落物、三角形缺陷等屬于致命性缺陷。襯底缺陷的TSD和TED基本不影響碳化硅器件性能，只有BPD會Wolfspeed（Cree）的N/P型碳化硅厚度達40μm，東莞天域N型碳化硅外延厚度做到30μm。缺陷/器件無無無無無無基平面位錯BPD（包括界內(nèi)生堆垛層錯內(nèi)生堆垛層錯VB降低（20~-50%）VB降低（20~-50%）VB降低（20~-50%）生長缺陷胡蘿卜缺陷、三角形缺陷VB降低（30~-70%）VB降低（30~-70%）VB降低（30~-70%） 掉落物缺陷VB降低（50~-90%）VB降低（50~-90%）VB降低（50~-90%）44數(shù)據(jù)來源：基本半導體，DT新材料，東吳證券研究所3.1.外延片：Wolfspeed&昭和電工雙寡頭壟斷，目標約140萬片；東莞天域2022年6寸產(chǎn)能達8萬片，并且啟動年產(chǎn)100萬片的6/8寸外延項目，預計2025年竣工--數(shù)據(jù)來源：芯世相，芯智訊，集邦半導體，東吳證券研究所45CVD(√CVD(√)LPE(×)MBE(×)蒸發(fā)法(×)化學氣相沉積CVD、液相外延LPE、分子束外延MBE等，其中CVD兼?zhèn)涑杀具m中+C3H8等）輸送到生長室內(nèi)的熱區(qū)反應(yīng)前驅(qū)氣體3.2.外延爐：水平/垂直式多技術(shù)并行，多腔&多片有效提高產(chǎn)能），水平式氣體遷移路徑長，膜厚和摻雜濃度不穩(wěn)定，同時氣體入口距襯底近，流場和難度大&設(shè)備昂貴，使用垂直式的主要是Nuflare。SiC-CVD按照氣流方向可分為垂直/水平式（行星冷壁熱壁單腔多片3.2.外延爐：水平/垂直式多技術(shù)并行，多腔&多片有效提高產(chǎn)能單腔多片單機多腔VS單機單腔。單腔室中的多步工藝可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗲皇抑械膯尾焦に?，這種設(shè)計有利于簡化腔室內(nèi)的 單片多腔數(shù)據(jù)來源：晶盛機電，MKS，東吳證券研究所業(yè)即將迎來井噴之際，時間上不允許國外幾家廠商進行大的技術(shù)方案革新或者推倒重來。我們預計德國愛思強（GSWW）單腔產(chǎn)能（6寸)數(shù)據(jù)來源：芯三代，東吳證券研究所3.2.外延爐：海外龍頭Nuflare/LPE產(chǎn)能不足，國產(chǎn)替代好時機年6月公司又成功研發(fā)8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備，引領(lǐng)國產(chǎn)替代。設(shè)備進展/產(chǎn)能規(guī)劃NuFlare2018年開始開發(fā)單片式外延設(shè)備，2023年發(fā)布雙片式外延設(shè)備數(shù)據(jù)來源：北方華創(chuàng)，第三代半導體，ICSPEC，東吳證券研究所核心假設(shè)1）假設(shè)碳化硅外延爐實際產(chǎn)能逐年提升，2022-2025分別為0.48/0.48/0.50/0.52萬片/年/臺（0.48萬片/年對應(yīng)400片/月，即晶盛機電6寸單片式外延爐產(chǎn)能上限3）2022-20252023E2024E2025E全球?qū)щ娦?寸碳化硅襯底需求量（萬片）全球半絕緣型6寸碳化硅襯底需求量（萬片）00118數(shù)據(jù)來源：各公司官網(wǎng)，東吳證券研究所（c）ω激光開槽加工3.3.劃片：激光開槽有效降低SiC晶圓機械劃切崩邊帶來的不良影響（c）ω激光開槽加工據(jù)產(chǎn)品選擇。而SiC晶圓莫氏硬度分布在9.2-9.6，高硬度、高脆性、低日本DISCO針對SiC晶圓難以使用普通金剛石刀片進行劃切加工的問題，開發(fā)了一種激光開槽加工工藝。先在切割道內(nèi)切開2條細槽(開槽)，然后再使用磨輪刀片在2條細槽的中間區(qū)域?qū)嵤┤懈罴庸ぁＭㄟ^采用該項（（b）π激光開槽加工 激光劃片有效解決砂輪劃片崩刃、刀具磨損等問題，但是熱效應(yīng)和熔渣仍是不可忽視的問題。激光劃片是指將激光能量于極短的時間內(nèi)集中在微小區(qū)域，使固體升華、蒸發(fā)的全切割加工，開槽加工方式，屬于激光燒蝕加工技術(shù)。激光劃片屬于非接觸式加工，加工效率跟晶圓厚度有密切關(guān)系，厚度越厚，劃片速度越慢，吞吐量就越低。采用隱形激光切割技術(shù)，有效減小切割道損耗，是主流的激光劃片技術(shù)路線。激光隱形切割通過將脈沖激光的單個脈沖通過光學整形，讓其透過材料表面在材料內(nèi)部聚焦，在焦點區(qū)域能量密度較高，形成多光子吸收非線性吸收效應(yīng)，使得材料改性形成裂紋。每一個激光脈沖等距作用，形成等距的損傷即可在材料內(nèi)部形成一個改質(zhì)層。在改質(zhì)層位置材料的分子鍵被破壞，材料的連接變的脆弱而易于分開。切割完成后通過拉伸承載膜的方式，將產(chǎn)品充分分開，并使得芯片與芯片之間產(chǎn)生間隙。參數(shù)對比激光表面直接劃片隱形激光劃片優(yōu)點①不會產(chǎn)生崩刃、刀具磨損和水污染；②適用于異形工件、較脆材料的加工，比如第三代半導體材料、超薄硅片的劃片，避免傳統(tǒng)刀片劃片進給速度引發(fā)的破片風險。①由于工件內(nèi)部改質(zhì)，因此可以抑制加工屑的產(chǎn)生，適用于抗污垢性能差②適用于抗負荷能力差的工件，且采用干式加工工藝，無需清洗；③可以減小切割道寬度，因此有助于減小芯片間隔，適用于窄劃道工件。缺點①熱影響和夾渣是不可忽視的問題，通過冷加工355nm紫外激光或超快激光，在非常高的加工要求規(guī)則下，仍具有一定的熱效應(yīng)；②激光聚焦無法精確控制到刀具的深度，晶圓完全切穿時，藍膜往往會被破壞，影響后續(xù)的晶體膨脹過程；③激光燒蝕在表面會產(chǎn)生碎屑，需要額外的濕法清洗工序，有切割道，相工藝示意圖對而言生產(chǎn)效率較低。3.3.劃片：德龍激光、大族激光是唯二國產(chǎn)激光劃片設(shè)備廠商以SiC為代表的第三代半導體材料基本采用激光切割劃片。截至2023年7月，劃片行業(yè)晶圓切割約70%市場份額為砂輪切割。傳統(tǒng)硅基類90%采用砂輪切割；碳化硅作為第三代半導體材料，主要用于功率器件芯片以及射頻芯片器件的制造，生產(chǎn)、加工難度較大，采用傳統(tǒng)砂輪切割工藝，材料耗損高，產(chǎn)出率、良率、切割效率均存在一定問題，因此基本采用激光切割。德龍激光、大族激光是國內(nèi)唯二的激光劃片設(shè)備廠商，市場份額接近平分。在晶圓激光切割領(lǐng)域，國內(nèi)主要參與者僅有德龍激光和大族激光兩家，早期德龍激光市場占比更多，隨著大族激光加入晶圓激光切割市場，截至2022年12月，兩家市場份額各占約50%。圖：第三代半導體基本采用激光切割劃片圖：德龍激光、大族激光平分激光劃片設(shè)備市場割砂輪切割數(shù)據(jù)來源：德龍激光，大族激光，東吳證券研究所核心假設(shè)1）假設(shè)激光切割設(shè)備實際產(chǎn)能逐年提升，2022-2025分別為3.00/3.25/3.50/3.75萬片/年/臺（3.00萬片/年對應(yīng)2500片/月，即德龍激光切割設(shè)備單臺產(chǎn)能2）2022-2025年激光2023E2024E2025E全球?qū)щ娦?寸碳化硅襯底需求量（萬片）全球6寸碳化硅襯底片需求量（萬片）①400400數(shù)據(jù)來源：德龍激光，大族激光，東吳證券研究所112233碳化硅領(lǐng)域，2022年晶盛機電行業(yè)首發(fā)6寸單片式碳化硅外延設(shè)備（型號為150A，產(chǎn)能350-400片）并實現(xiàn)國產(chǎn)替代，市占率為國內(nèi)第一。2023年2月公司成功發(fā)），碳化硅外延生長設(shè)備的自主研發(fā)與調(diào)試，外延的厚度均勻性1.5%以內(nèi)、摻雜均勻性4%以內(nèi)，未來外延設(shè)備），數(shù)據(jù)來源：晶盛機電公眾號，東吳證券研究所向客戶送樣，通過了下游客戶和第三方檢測機構(gòu)的驗證，且已取得客戶A意向性合同，2022年-2025年公司將望2023年迎來放量。達產(chǎn)后將形成40萬片6英寸及以上尺寸的導電型和半絕緣型碳化硅襯底片的年（風險提示：研發(fā)進展不及預期，下游擴產(chǎn)不及預期）數(shù)據(jù)來源：晶盛機電公眾號，東吳證券研究所應(yīng)用于4/6/8英寸碳化硅、藍寶石等硬質(zhì)材晶圓的減薄可視化操作管理，實時顯示和監(jiān)控關(guān)鍵加工視覺檢測和定位系統(tǒng)可識別晶圓正反面，自動定位補償應(yīng)用于4/6/8英寸碳化硅、藍寶石等硬質(zhì)材晶圓的減薄可視化操作管理，實時顯示和監(jiān)控關(guān)鍵加工視覺檢測和定位系統(tǒng)可識別晶圓正反面，自動定位補償雙高剛性氣浮主軸設(shè)計，搭配自主研制的高目數(shù)邁為在2019年立項研磨機，2023年SEMICON展示了針對碳化硅的、經(jīng)過主軸功率改造的備，應(yīng)用于4/6/8英寸碳化硅、藍寶石等硬質(zhì)材晶圓的減薄。同時展示半導體晶圓激光改質(zhì)切割設(shè)備，應(yīng)應(yīng)用于應(yīng)用于8/12英寸硅晶圓及碳化硅、氮化鎵等第三代半導體內(nèi)部改質(zhì)切割數(shù)據(jù)來源：邁為股份公眾號，東吳證券研究所能；最大線速可達3000m/min，處于行業(yè)領(lǐng)先水平；采用φ0.14m供電異常時設(shè)備停機不斷線概率提升至95%以上。數(shù)據(jù)來源：高測股份公眾號，東吳證券研究所公司碳化硅專用金剛線是碳化硅材料切片的專用線材，具公司碳化硅倒角砂輪主要用于碳化硅晶片的倒角磨削，根據(jù)需求設(shè)計溝槽形狀及數(shù)量，形數(shù)據(jù)來源：高測股份公眾號，東吳證券研究所半導體領(lǐng)域進入門檻高、周期長，德龍激光向月，且晶圓廠商通常在產(chǎn)能擴展時才考慮設(shè)備更新迭代，設(shè)備度極高。德龍激光2018年開始進入SiC領(lǐng)域，公司研發(fā)的應(yīng)力誘導切割方法擅長切割超硬和超脆材料，并順利用該方法實現(xiàn)了SiC晶圓的高品質(zhì)快速切割，切割截面均勻度較傳統(tǒng)機械方法有明顯的改針對主流6寸SiC晶圓，最大切割速度為500mm/s，工藝成熟，可針對航天航空、電力電子等行業(yè)微波器件以及功率器件的SiC晶圓片進行（風險提示：研發(fā)進展不及預期，下游擴產(chǎn)不及預期）關(guān)鍵參數(shù)SiC晶圓劃片設(shè)備設(shè)備型號適用產(chǎn)品適用尺寸最大切割速度最大切割厚度行程范圍及精度激光類型冷卻方式Inducer-5560碳化硅電力電子器件晶圓碳化硅電力電子器件晶圓碳化硅基氮化鎵射頻芯片6寸（可升級至8寸）500500mm/sXX軸：行程450mm，解析度0.1umY軸：行程700mm，解析度0.1umZ軸：行程20mm，解析度0.1um紅外皮秒脈沖激光器，≥4W風冷 （c）低倍率SiC晶圓劃片SEM數(shù)據(jù)來源：德龍激光，東吳證券研究所 數(shù)據(jù)來源：德龍激光，DISCO，東吳證券研究所 行業(yè)裝備深耕應(yīng)用，并持續(xù)加大對基礎(chǔ)器件 >1000h數(shù)據(jù)來源：大族激光，東吳證券研究所描激光能夠在目標平面引導出基面方向擴展的裂紋陣列；最后利用第三代半導體晶體學上的基面滑移機制來實現(xiàn)高精度、低損傷的晶圓剝離。大族激光研發(fā)的SiC晶錠激光切片機正在客戶處做量產(chǎn)驗證。），晶錠，分別產(chǎn)出最終厚度350um、175um和100um的晶圓為例，該技術(shù)可在原來傳統(tǒng)線切割的基礎(chǔ)上提升（風險提示：研發(fā)進展不及預期，下游擴產(chǎn)不及預期）項目多線切割QCB技術(shù)單片切口損耗0um單片研磨損耗80-100um50um單片總損耗（350um晶圓）240-260um50um最薄切割厚度450um 數(shù)據(jù)來源：大族激光，東吳證券研究所北方華創(chuàng)入選SEMI化合物半導體&HB-LED標準技術(shù)委員會核心委員，有望參與制定火數(shù)據(jù)來源：北方華創(chuàng)官網(wǎng)，東吳證券研究所4.6.北方華創(chuàng)：提供SiC長晶、氧化退火、外延、刻蝕一站式解決方案），立式爐設(shè)備的研發(fā)，截至2023年7月，公司生產(chǎn)的12英寸立式爐已成為國內(nèi)及東南亞12英寸主流生產(chǎn)線產(chǎn)主力設(shè)備，至2023年6月已累計出貨500臺。公司于2019年11月成功研發(fā)2500℃超高溫SiC功率器件制造的高溫需求，打破日本及歐美廠商的壟斷。公司的SiC-650系列高溫爐用于SiC片在高溫真數(shù)據(jù)來源：北方華創(chuàng)官網(wǎng)，東吳證券研究所生長材料應(yīng)用領(lǐng)域InP集成電路生長材料應(yīng)用領(lǐng)域InP集成電路√功率器件√√√√射頻√√半導體照明√√SiC外延設(shè)備：截至2023年7月，已實現(xiàn)銷售近200臺，占據(jù)市場半壁江山。公司的設(shè)備采用水平熱壁式技術(shù)路線，突破并優(yōu)化了氣流場、加熱場、氣路系統(tǒng)、溫度控制、壓力勻性、缺陷密度等均達到了行業(yè)先進水平。截至2023年7月，公司批量機臺已在各大主流外延廠實現(xiàn)穩(wěn)定量圖：北方華創(chuàng)實現(xiàn)外延工藝的全覆蓋圖：北方華創(chuàng)外延設(shè)備有4-12英寸，單/多片等多種機型數(shù)據(jù)來源：北方華創(chuàng)官網(wǎng)，東吳證券研究所化硅單晶爐包含PVT感應(yīng)加熱電阻加熱單晶爐、TSSG單晶爐等類別產(chǎn)品，下游應(yīng)用完整覆蓋主流導電型半絕緣型碳化硅晶體生長及襯底制備。現(xiàn)公司已向多家客戶交付8英寸碳化硅長晶設(shè)備，部分客戶已經(jīng)?。L險提示：研發(fā)進展不及預期，下游擴產(chǎn)不及預期）數(shù)據(jù)來源：晶升股份公眾號、招股說明書，東吳證券研究所）：公司從2019年下半年開始自主研發(fā)碳化硅外延設(shè)備，并于2021年3月完成了首臺4、6英寸兼容的碳化硅外（風險提示：研發(fā)進展不及預期，下游擴產(chǎn)不及預期）反應(yīng)氣體微米/小時4/6英寸襯底數(shù)據(jù)來源：納設(shè)智能官網(wǎng)，東吳證券研究所1122335.投資建議重點推薦晶盛機電（SiC襯底片&外延爐）、邁為股份（SiC研磨機）、高測股份（SiC金剛線切片機）、德龍激光（SiC激光切片&劃片機）、北方華創(chuàng)（SiC長晶爐&外延爐），建議關(guān)注晶升股份（SiC長晶爐）、大族激光（SiC激光切片&劃