碳化硅外延片的案例
哈勃投的第四家碳化硅企業，為什么選擇做SiC外延的它？
在碳化硅領域的布局上，此前華為旗下的哈勃科技投資也已入股了山東天岳、瀚天天成等碳化硅技術廠商。
東莞天域
根據官網介紹，天域（TYSiC）成立于2009年，是中國第一家從事碳化硅（SiC）外延片市場營銷、研發和制造的私營企業。2010年，天域與中國科學院半導體研究所合作，共同創建了碳化硅研究所。
天域是中國第一家獲得汽車質量認證（IATF16949）的碳化硅半導體材料供應鏈企業。目前，天域在中國擁有最多的碳化硅外延爐-CVD，月產能5000件。
憑著最先進的外延能力和最先進的測試和表征設備，天域為全球客戶提供n-型和p-型摻雜外延材料、制作肖特基二極管、JFETs、BJTs、MOSFETs，GTOs和IGBTs等。
天域的宗旨是，促進第三代（寬禁帶）半導體產業的發展，成為全球碳化硅外延片的主要生產商之一，以先進的碳化硅外延生長技術為客戶提供優良產品和服務。
總的來說，這是一家在產業鏈上取得一定成就，技術實力不俗，并且有快速上馬IPO之路潛質的一家SiC外延生產企業。選擇此類企業，也是哈勃一貫的投資風格！
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2014年5月29日，瀚天天成首批產業化的6英寸碳化硅外延晶片在廈門火炬高新區投產，并交付第一筆商業訂單產品，成為國內首家提供的商業化6英寸碳化硅外延晶片。
目前，瀚天天成投資13.4億元的二期項目也在快速建設中，二期項目還將完成高品質6英寸碳化硅外延片的研發，實現外延表面致命缺陷密度＜0.5cm-2、外延片內摻雜濃度均勻性＜5%、表面大于0.3μm的顆粒≤50個，同時還將建設2個生產服務設施用房及3個通用廠房以及一些土建項目。
剩下國內的代表性企業例如東莞天域公司，則在2012年就實現了年產超2萬片3英寸、4英寸碳化硅外延晶片的產業化能力，目前也可提供6英寸碳化硅外延晶片。
國民技術在2017年8月15日發布公告，投資監理成都國民天成化合物半導體有限公司，建設和運營6英寸第二代和第三代半導體集成電路外延片項目，項目首期投資4.5億元。
寫在最后：
目前，在低中壓領域碳化硅外延已經相對比較成熟，未來方向主要就是低成本化。同時，結合一些器件結構需要，開發一些特殊的外延工藝。再一個就是加快國產化設備的研發，國產化設備的國產化其于成本的控制是非常有利的。在高壓領域我們也希望開展一些產業化方面的共性的技術，從應用牽頭，政策給予支持，協同攻關使高壓領域盡快的走向市場化。還有一部分是最近幾年在體系標準方面的建設，其實在產業聯盟的推進下，碳化硅外延的標準目前來說基本比較健全，下一步需要在行標、國標以及國際標準上進一步做一些工作，促使產業健康有序發展。
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也有國內企業在外延這一環節走的比較快，能與國外企業在國際上多個市場競爭，這其中，最突出的是廈門瀚天天成。該公司已經形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半導體外延晶片生產線，并滿足600V、1200V、1700V器件制作的需求。2014年5月29日，瀚天天成首批產業化的6英寸碳化硅外延晶片在廈門火炬高新區投產，并交付第一筆商業訂單產品，成為國內首家提供的商業化6英寸碳化硅外延晶片。
目前，瀚天天成投資13.4億元的二期項目也在快速建設中，二期項目還將完成高品質6英寸碳化硅外延片的研發，實現外延表面致命缺陷密度＜0.5cm-2、外延片內摻雜濃度均勻性＜5%、表面大于0.3μm的顆粒≤50個，同時還將建設2個生產服務設施用房及3個通用廠房以及一些土建項目。
剩下國內的代表性企業例如東莞天域公司，則在2012年就實現了年產超2萬片3英寸、4英寸碳化硅外延晶片的產業化能力，目前也可提供6英寸碳化硅外延晶片。
國民技術在2017年8月15日發布公告，投資監理成都國民天成化合物半導體有限公司，建設和運營6英寸第二代和第三代半導體集成電路外延片項目，項目首期投資4.5億元。
寫在最后：
目前，在低中壓領域碳化硅外延已經相對比較成熟，未來方向主要就是低成本化。同時，結合一些器件結構需要，開發一些特殊的外延工藝。再一個就是加快國產化設備的研發，國產化設備的國產化其于成本的控制是非常有利的。在高壓領域我們也希望開展一些產業化方面的共性的技術，從應用牽頭，政策給予支持，協同攻關使高壓領域盡快的走向市場化。
展開 6英寸、6萬片
昨天，“三代半風向”獲得一份招標書，其中顯示，河北將建一個
6英寸
碳化硅外延片
生產基地，投資額約
1.8
億元，年產能
6萬片
。
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碳化硅外延擴建
年產能6萬片
8月12日，河北
普興電子
科技股份有限公司公布了“搬遷項目監理公開招標公告”，招標金額
210萬元
。
公告提到，該項目將建設“6英寸碳化硅外延以及8英寸硅外延生產基地”，總建筑面積約為63915.23㎡，投資總額1.8億元，項目已由河北石家莊鹿泉經開區批準建設。
另一份招標信息顯示，普興電子計劃對現有碳化硅外延生產線進行升級改造，建設一條6英寸碳化硅外延片批量生產線，實現年產6英寸碳化硅外延片6萬片的生產能力，將采購主要生產設備碳化硅外延爐15臺及配套測試儀器等。
據介紹，普興電子是中國電子科技集團第13研究所的控股公司，從1963年開始進行半導體硅基外延材料的技術研究，年產各種硅基外延片600多萬片，是國內最大的硅基外延材料供應商。
在碳化硅方面，據介紹，2018年普興電子就搭建了碳化硅外延生產和測試平臺，2019年率先在河北省實現6英寸碳化硅外延片產業化，2020年開發了快速碳化硅外延生長工藝，單臺設備產能提高20%以上。
備案信息顯示，2020年普興電子就在著手加快碳化硅外延產業化。
此前，普興電子還打算介入碳化硅單晶生長領域，計劃發展成為從碳化硅單晶生長、碳化硅外延片直至芯片加工的全產業鏈生產企業，例如2017年5月23日，普興電子的“碳化硅單晶產業化項目”備案獲得批復。
展開 
碳化硅產業鏈條核心：外延技術
01
碳化硅外延
外延
工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底。加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02
SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。
展開 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
06.行業格局
在全球市場中，外延片企業主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon 等，多數是IDM公司。日本也存在比較優越的碳化硅外延的供應商，比如說昭和電工，但它已經不是一個純粹的做碳化硅外延的，因為他在前幾年也收購了日本的新日鐵，開始涉及到了碳化硅單晶的制備。
全球業內的龍頭Cree旗下Wolfspeed，是IDM公司，除了對外提供襯底片和外延片，還做器件、模塊。Cree 占據襯底市場約 40%份額、器件市場約 23%份額。
在大陸市場，純粹做外延片的有：瀚天天成（EpiWorld）和東莞天域半導體均可供應 4-6 英寸外延片，中電科 13 所、55 所亦均有內部供應的外延片生產部門。臺灣地去有嘉晶電子。
北方華創目前為化合物半導體生產開發的相關刻蝕機等設備。公司表示在化合物半導體SiC/GaN 的刻蝕中存在諸多挑戰，包括刻蝕的寬縱比、特殊的刻蝕輪廓的控制、刻蝕的選擇性以及過高/過低的刻蝕速率。
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01 碳化硅外延
外延工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底。加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02 SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
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碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02.SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國SiC外延材料研發工作開發于“九五計劃”，材料生長技術及器件研究均取得較大進展。主要研究單位有中科院半導體研究所、中電集團13所和55所、西安電子科技大學等，產業化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實現商業化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級SiC電力電子器件的研制。
展開 II-VI加大碳化硅布局！Cree、羅姆、昭和電工等投入200+億擴產
√昭和電工6次擴產，年產近11萬片
從2012年至2019年，昭和電工（SDK）先后6次擴大碳化硅晶片產能。
2012年9月，昭和電工將4英寸碳化硅外延片的產能提高了2.5倍，達到每月1500片，并宣布將加快6英寸碳化硅外延片的開發。
2016年6月，昭和電工繼續擴大碳化硅外延片產能，并開始批量生產HGE晶片，月產3000片晶圓。
2017年9月和2018年1月，昭和電工又進行了兩次擴產。2018年7月，昭和電工進一步擴大其產能，將HGE產能從每月5000片增加到每月7000晶片。
2019年2月，昭和電工又將碳化硅晶圓產能將增加到每月9000片。
√博世投資77億，新工廠年底啟動
今年3月9日，據《Robotics&Aotomaiton》報道，博世集團位于德國德累斯頓的芯片工廠已經開始生產第一批半導體晶圓，據報道，該芯片工廠投資額約為10億歐元（77億人民幣）。而博世從2019年開始就在該工廠研發生產碳化硅產品。博世董事會成員Harald Kroeger表示，該芯片廠預計在今年年底啟動運營。
√X-Fab：6英寸產能提升2倍
2018年9月，X-Fab宣布，將其位于美國德克薩斯州的6英寸SiC工廠產能翻番，以滿足客戶對高效功率半導體器件日益增長的需求。為了使容量翻倍，X-Fab 德州工廠購買了第二臺加熱離子注入機，用于制造6英寸SiC晶圓。
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展開 瀚天天成擴產，新增10條碳化硅生產線
二期項目總投資約
13.4億元
，將新建
10條6英寸碳化硅生產線
。
據“三代半風向”了解，瀚天天成一期產能為6萬片/年，目前，在碳化硅純外延晶片生產商中，它已是“全球第二大、中國第一”，而未來的目標是做到40萬片/年。
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一期年產6萬片
二期再建10條線
瀚天天成于2011年3月成立，是一家集研發、生產、銷售碳化硅外延晶片的企業。
據介紹，2012年3月，瀚天天成正式供應3英寸和4英寸碳化硅外延晶片，2014年開始接受6英寸碳化硅外延晶片訂單。
2018年5月備案信息顯示，瀚天天成碳化硅產業園項目（一期）總投資6.3億元，擬建6英寸SiC外延晶片產業化項目。
據介紹，
2019年11月，瀚天天成的年產能增加到6萬片，2019年下半年又完成了1.8萬平方米新工廠的一期擴建，為年產40萬片的目標提供潔凈室空間。
2020年備案信息顯示，瀚天天成二期項目總投資額為
13.4億元
，計劃購置一批碳化硅外延爐（主體）及相關配套的系列設備等，
建設10條6英寸碳化硅外延片生產線。
據介紹，二期項目還將完成高品質6英寸碳化硅外延片的研發，實現外延表面致命缺陷密度＜0.5 cm-2、外延片內摻雜濃度均勻性＜5%、表面大于0.3μm的顆粒≤50個，同時還將建設2個生產服務設施用房及3個通用廠房以及一些土建項目。
公司成立十年
全球第二，中國第一？
展開 再投3.4億；簽約英飛凌！這家SiC公司7次擴產
昨天，昭和電工宣布，將籌集近65億人民幣，進行碳化硅等半導體材料擴產。
據“三代半風向”了解，此前昭和電工已經通過6次擴產，將產能提升了6倍，而這次擴產或與碳化硅需求升溫有關。此前，它與英飛凌和日本電裝都簽署了多年供貨協議。
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投資3.4億擴產
滿足英飛凌、電裝需求？
根據昭和電工8月23日發布的公告，他們發行3519萬股新股，以將籌得1093億日圓（約64.56億人民幣）資金，其中約700億日圓（約41.35億人民幣）將用于擴增SiC晶圓等半導體材料產能。
從昭和電工公布的計劃投資細則來看，用于碳化硅晶圓等方面擴產的資金約為58億日圓（3.4億人民幣），擴產項目預計2023年12月完工。
昭和電工這次擴產，將能夠更好地滿足供貨需求。
今年5月6日，昭和電工與英飛凌簽訂了碳化硅供應合同，合同期為兩年，將為英飛凌提供包括外延在內的各種碳化硅材料（.點這里.）。
2020年12月10日，昭和電工宣布，日本電裝公司已經將其6英寸碳化硅外延片應用在燃料電池電動汽車(FCEV) 升壓電源模塊。
新日鐵助力
外延缺陷減少一半
英飛凌和電裝公司之所以跟昭和電工合作，主要是看中其SiC外延片的質量。
據介紹，2005年昭和電子就開始研發SiC外延片，2013年10月還率先推出了6英寸SiC外延片，2017年月產銷3000片外延片。
昭和電子的SiC外延片質量大幅提升得益于一次收購。
展開 
碳化硅材料技術對器件可靠性的影響
圖2 襯底層和外延層結構
05碳化硅外延片與襯底片缺陷的關聯關系
上文提到了碳化硅外延層缺陷與襯底和生長過程有關。外延層缺陷有表面形貌缺陷、微管缺陷、位錯等類型。其中表面形貌缺陷包含胡蘿卜缺陷
（某些情況下為彗星型）
、淺坑、三角形缺陷、掉落物；襯底中的微管缺陷會被復制到外延層中。目前襯底中的微管密度已經遠低于0.1/cm2，基本被消除。碳化硅外延層中的位錯大多源于襯底位錯，襯底位錯主要包括TSD，TED及BPD。普通位錯以及胡蘿卜缺陷等外延引入的缺陷是影響碳化硅外延質量的重要問題。
06碳化硅外延片缺陷對最終器件的影響
在外延生長過程中，襯底中的TSD約98%轉化為TSD，其余轉換為Frank SFs；TED則100%轉化為TED；BPD約95%轉化為TED，少量維持BPD。
圖3 碳化硅外延片缺陷與襯底片缺陷的關聯性
TSD和TED基本不影響最終的碳化硅器件的性能，而BPD會引發器件性能的退化，因此人們對BPD的關注度比較高。
展開 干貨 | 碳化硅材料技術對器件可靠性的影響
這樣的外延片用于制造功率器件，可以極大提高參數穩定性和良率。
圖2 襯底層和外延層結構
05
碳化硅外延片與襯底片缺陷的關聯關系
上文提到了碳化硅外延層缺陷與襯底和生長過程有關。外延層缺陷有表面形貌缺陷、微管缺陷、位錯等類型。其中表面形貌缺陷包含胡蘿卜缺陷（某些情況下為彗星型）、淺坑、三角形缺陷、掉落物；襯底中的微管缺陷會被復制到外延層中。目前襯底中的微管密度已經遠低于0.1/cm2，基本被消除。碳化硅外延層中的位錯大多源于襯底位錯，襯底位錯主要包括TSD，TED及BPD。普通位錯以及胡蘿卜缺陷等外延引入的缺陷是影響碳化硅外延質量的重要問題。
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目前常用工藝為CVD法：常用設備為熱壁式水平外延爐，常用反應前驅氣體為硅烷 (SiH4)、甲烷 (CH4)、乙烯 (C2H4)等，并以氮氣 (N2)和三甲基鋁 (TMA)作為雜質源。典型生長溫度范圍為1500~1650 ℃，生長速率5~30μm/h。
外延層的生長可以消除許多晶體生長和晶片加工中所引入的表面或近表面的缺陷，使晶格排列整齊，表面形貌較襯底大為改觀。厚的外延層、好的表面形貌和較低的摻雜濃度對提高擊穿電壓有重要意義。這樣的外延片用于制造功率器件，可以極大提高參數穩定性和良率。
圖2 襯底層和外延層結構
05
碳化硅外延片與襯底片缺陷的關聯關系
上文提到了碳化硅外延層缺陷與襯底和生長過程有關。外延層缺陷有表面形貌缺陷、微管缺陷、位錯等類型。其中表面形貌缺陷包含胡蘿卜缺陷（某些情況下為彗星型）、淺坑、三角形缺陷、掉落物；襯底中的微管缺陷會被復制到外延層中。目前襯底中的微管密度已經遠低于0.1/cm2，基本被消除。碳化硅外延層中的位錯大多源于襯底位錯，襯底位錯主要包括TSD，TED及BPD。
展開 又一車企采用碳化硅！這家企業年產能達2萬片，目標8萬片
昨天（5月13日），據中國寧波網報道，中電化合物與寧波某新能源汽車企業簽署合作協議，就碳化硅材料和碳化硅器件在新能源汽車上的應用展開合作。據介紹，中電化合物碳化硅年產能已達2萬片,未來3年將達到8萬片。
據“三代半風向”不完全統計，浙江目前已有11個第三代半導體項目，合計投資超過180億元，中芯國際、華大半導體、露笑科技、東尼電子、瞻芯、晶越、博藍特、博方嘉芯、立昂微等眾多企業都已落戶。
中電碳化硅年產達2萬片
與新能源車企簽約
寧波中電化合物半導體有限公司副總經理張昊翔在簽約儀式上透露，目前中電化合物的年產能已達2萬片。下一步，該企業將加快與寧波微波射頻領域以及逆變器領域企業的合作，力爭在3年內實現年產能8萬片、年銷售收入6億元的目標。
張昊翔表示，“經過3年的培育，我們目前的產品性能已與日本頭部企業相當。襯底及外延片等產品正在通過多家企業的驗證。其中，不乏國內知名的芯片企業。”
據了解，中電化合物公司是由中國電子下屬的華大半導體投資的一家做碳化硅SiC晶體、襯底、外延片和GaN外延片產品的專業化寬禁帶半導體材料制造企業。
2019年，中電化合物半導體項目落戶在寧波杭州灣新區，是浙江省首個第三代半導體項目，總投資10.5億元，規劃建設年產7萬片6吋SiC同質外延片生產線，和年產1萬片GaN外延片生產線；包含SiC晶體生長、襯底加工、外延生長、材料檢測工序。
2020年11月，該項目的6英寸碳化硅襯底及外延片、碳化硅基氮化鎵外延片已進入客戶認證階段。
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