碳化硅外延的案例
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！
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 資訊 | 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。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。
展開 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
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。不過，還不能滿足研制10kV及以上電壓等級器件和研制雙極型器件的需求。
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碳化硅產業鏈條核心：外延技術
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 聚焦 | 產能大戰下的SIC外延片江湖
· 摘要 ·
目前所有的碳化硅器件基本上都是在外延上實現的，外延環節是產業鏈的中間環節，首先，器件的設計對外延的質量性能要求高影響非常大，同時外延的質量也受到晶體和襯底加工的影響，所以SIC外延環節對產業鏈的整體發展起到非常關鍵的作用。
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。實際應用中對外延層質量的要求非常高。而且隨著耐壓性能的不斷提高，所要求的外延層的厚度就越厚，成本也會相應調整！
目前，全球市場看，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。
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。不過，還不能滿足研制10kV及以上電壓等級器件和研制雙極型器件的需求。
展開 智芯研報 | 產能大戰下的SIC外延片市場
目前所有的碳化硅器件基本上都是在外延上實現的，外延環節是產業鏈的中間環節。首先，器件的設計對外延的質量性能要求高影響非常大，同時外延的質量也受到晶體和襯底加工的影響，所以SIC外延環節對產業鏈的整體發展起到非常關鍵的作用。
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。實際應用中對外延層質量的要求非常高。而且隨著耐壓性能的不斷提高，所要求的外延層的厚度就越厚，成本也會相應調整！
目前，全球市場看，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。
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。不過，還不能滿足研制10kV及以上電壓等級器件和研制雙極型器件的需求。
展開 智芯文庫 | SiC產業鏈中外延技術分析
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。
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。
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 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 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
前言
碳化硅產業鏈包含碳化硅粉末、碳化硅晶錠、碳化硅襯底、碳化硅外延、碳化硅晶圓、碳化硅芯片和碳化硅器件封裝環節。其中襯底、外延片、晶圓、器件封測是碳化硅價值鏈中最為關鍵的四個環節，襯底成本占到碳化硅器件總成本的50%，外延、晶圓和封裝測試成本分別為25%、20%和5%。碳化硅材料的可靠性對最終器件的性能有著舉足輕重的意義，基本半導體從產業鏈各環節探究材料特性及缺陷產生的原因，與上下游企業協同合作提升碳化硅功率器件的可靠性。
01
碳化硅晶錠生長及制備方法
碳化硅有多達250余種同質異構體，用于制作功率半導體的主要是4H-SiC單晶結構。
展開 
干貨 | 碳化硅材料技術對器件可靠性的影響
前言
碳化硅產業鏈包含碳化硅粉末、碳化硅晶錠、碳化硅襯底、碳化硅外延、碳化硅晶圓、碳化硅芯片和碳化硅器件封裝環節。其中襯底、外延片、晶圓、器件封測是碳化硅價值鏈中最為關鍵的四個環節，襯底成本占到碳化硅器件總成本的50%，外延、晶圓和封裝測試成本分別為25%、20%和5%。碳化硅材料的可靠性對最終器件的性能有著舉足輕重的意義，基本半導體從產業鏈各環節探究材料特性及缺陷產生的原因，與上下游企業協同合作提升碳化硅功率器件的可靠性。
01
碳化硅晶錠生長及制備方法
碳化硅有多達250余種同質異構體，用于制作功率半導體的主要是4H-SiC單晶結構。碳化硅單晶生長過程中，4H晶型生長窗口小，對溫度和氣壓設計有著嚴苛標準，生長過程中控制不精確將會得到2H、3C、6H和15R等其他結構的碳化硅晶體。
展開 了解何為碳化硅行業
為提高生產效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發展方向，襯底尺寸越大，單位襯底可 制造的芯片數量越多，單位芯片成本越低；襯底的尺寸越大，邊緣的浪費就越小，有利于進一步降低芯片的成
本。由于現有的 6 英寸的硅晶圓產線可以升級改造用于生產 SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持 較長時間。
2. 外延
外延層是在晶片的基礎上，經過外延工藝生長出特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。其中，
在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層制得碳化硅同質外延片，可進一步制成肖特基二極管、MOSFET、 IGBT 等功率器件，應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域；在半絕緣型碳化 硅襯底上生長氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）異質外延片，可進一步制成 HEMT 等微波射 頻器件，應用于 5G 通訊、雷達等領域。在全球市場中，外延片企業主要有 II-VI、Norstel、WolfSpeed、羅姆 等 IDM 公司。近年來，國內瀚天天成、東莞天域、基本半導體已能提供 4 寸及 6 寸 SiC 外延片。
碳化硅外延制備技術方面，當前主要的外延技術是化學氣相沉積法（CVD），該法通過臺階流的生長來實 現一定厚度和摻雜的碳化硅外延材料，根據不同的摻雜類型，分為 n 型和 p 型外延片。碳化硅外延的生長參數 要求較高，受到設備密閉性、反應室氣壓、氣體通入時間、氣體配比情況、沉積溫度控制等多重因素影響。而
第三代半導體中，由于氮化鎵材料作為襯底實現規模化生產當前仍面臨挑戰，因此是以藍寶石、硅晶片或碳化 硅晶片作為襯底，通過外延生長氮化鎵器件。
3.
展開 這家SiC企業也擴產！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
。
加入碳化硅大佬群，請加VX：hangjiashuo666
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 國內碳化硅產業鏈！
除了以上共性問題以外，我國碳化硅單晶材料領域在以下兩個方面存在巨大的風險：
是本土碳化硅單晶企業無法為國內已經/即將投產的6英寸芯片工藝線提供高質量的6英寸單晶襯底材料。
碳化硅材料的檢測設備完全被國外公司所壟斷。
2、 碳化硅外延材料
國際上碳化硅外延材料領域存在的問題主要有：
N型碳化硅外延生長技術有待進一步提高。目前外延材料生長過程中氣流和溫度控制等技術仍不完美，在6英寸碳化硅單晶襯底上生長高均勻性的外延材料技術仍有一定挑戰，一定程度影響了中低壓碳化硅芯片良率的提高。
P型碳化硅外延技術仍不成熟。高壓碳化硅功率器件是雙極型器件，對P型重摻雜外延材料提出了要求，目前尚無滿足需求的低缺陷、重摻雜的P型碳化硅外延材料。
近年來我國碳化硅外延材料技術獲得了長足進展，申請了一系列的專利，正在縮小與其它國家的差距，已經開始批量采用本土4英寸單晶襯底材料，產品已經打入國際市場。
但是，以下兩個方面存在巨大的風險：
目前國內碳化硅外延材料產品以4英寸為主，由于受單晶襯底材料的局限，尚無法批量供貨6英寸產品。
碳化硅外延材料加工設備全部進口，將制約我國獨立自主產業的發展壯大。
3、碳化硅功率器件
雖然國際上碳化硅器件技術和產業化水平發展迅速，開始了小范圍替代硅基二極管和IGBT的市場化進程，但是碳化硅功率器件的市場優勢尚未完全形成，尚不能撼動目前硅功率半導體器件市場上的主體地位。國際碳化硅器件領域存在的問題主要有：
碳化硅單晶及外延技術還不夠完美，高質量的厚外延技術不成熟，這使得制造高壓碳化硅器件非常困難，而外延層的缺陷密度又制約了碳化硅功率器件向大容量方向發展。
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