碳化硅零部件——半导体设备中的核心部件

随着国内半导体产业自主可控需求的提升，半导体零部件这一国产替代程度较低的细分领域愈发受到产业关注。其中，碳化硅零部件作为决定半导体设备质量与性能的核心部件，面临广阔的发展空间。

在了解碳化硅零部件之前，需要先介绍一下“碳化硅（SiC）”，这是一种用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成的典型的二元化合物半导体材料，具备良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨、高温力学性、抗氧化性等特性。

碳化硅零部件就是以碳化硅及其复合材料为主要材料制成的设备零部件。结合碳化硅优异的性能，碳化硅零部件被广泛应用于外延生长、等离子体刻蚀、快速热处理、薄膜沉积、氧化/扩散、离子注入等主要半导体制造环节的设备中。

根据晶体结构不同，碳化硅主要分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC等，其中，β-SiC因其具有高硬度、高热导率、高临界击穿电场等优异性能，在半导体零部件中的应用更为广泛。

在碳化硅零部件中，根据制造工艺不同，可分为化学气相沉积碳化硅（CVD SiC）、反应烧结碳化硅、重结晶烧结碳化硅、常压烧结碳化硅、热压烧结碳化硅、热等静压烧结碳化硅等。

本文将主要对CVD碳化硅零部件进行介绍。

CVD的中文名称为化学气相沉积，是一种用于生产高纯度固体材料的真空沉积工艺，该工艺经常被半导体制造领域用于在晶圆表面形成薄膜。

与制备碳化硅材料的众多方法相比，CVD法制备的碳化硅产品具有较高的均匀性和纯度，且该方法具有较强的工艺可控性，结合其具有热、电和化学性质的独特组合，CVD法制备的碳化硅非常适合在需要高性能材料的半导体行业中应用。

目前，CVD碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD设备、Si外延设备和 SiC 外延设备、快速热处理设备等领域，其中，刻蚀设备是CVD 碳化硅零部件最大的细分市场。

在刻蚀设备中，CVD碳化硅零部件凭借其对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性成为刻蚀设备中的理想部件，具体包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等。

以聚焦环为例，随着集成电路微型化的推进，集成电路制造对于刻蚀工艺的需求量、重要性不断增加，刻蚀用等离子体功率、能量持续提高，尤其是电容耦合（CCP）等离子体刻蚀设备中所需等离子体能量更高，导致由硅或石英制成的传统的聚焦环无法满足这些需求，因此碳化硅材料制备的聚焦环使用率越来越高。

CVD 碳化硅聚焦环原理图如下所示：

图片来源：QY Research

根据QY Research 数据统计及预测，2022年全球CVD 碳化硅零部件市场规模达到8.13亿美元，预计2028年将达到14.32亿美元，年复合增长率（CAGR）为9.89%；2022年中国CVD碳化硅零部件市场规模达到2.00 亿美元，预计2028年将达到4.26亿美元，年复合增长率（CAGR）为13.44%。

数据来源：QY Research，友财投资整理

竞争格局方面，当前，CVD 碳化硅零部件市场仍然由国外企业占据主导地位，且呈现高度垄断态势，其中，凭借技术领先、产品线丰富等优势的东海碳素、崇德昱博、西格里碳素、东洋炭素等传统国外供应商占据了全球及中国市场的主要份额。

• 东海碳素（Tokai Carbon）总部位于日本，主要产品包括石墨电极、高纯石墨等石墨制品和碳化硅组件、耐磨材料等结构制品，其CVD 碳化硅产品全球市场份额排名第一。

• 崇德昱博（Schunk Xycarb Technology）总部位于荷兰，主要产品包括碳化硅涂层石墨、石英、陶瓷和硅产品，目前其产品在纯度和均匀层沉积等性能方面处于行业领先地位，销售额居中国市场首位。

• 西格里碳素（SGL Carbon）总部位于德国，是世界领先的石墨及复合材料产品制造商之一。

• 东洋炭素（Toyo Tanso）总部位于日本，是全球最大的高性能碳产品提供商之一，主要产品包括特种石墨制品、一般工业用碳产品、复合材料及其他产品。

就国内而言，目前国内半导体设备零部件行业中可以提供碳化硅零部件相关产品的主要企业有志橙半导体、德智新材料、六方科技等企业，其中，根据QY Research统计数据，2022年，CVD碳化硅零部件领域全球市场前五大厂商的市场份额合计超过60%，志橙半导体以3.57%的市场占有率跻身全球第八，为前十大厂商中唯一一个中国厂商。

图片来源：QY Research

可见，相较于国外的半导体设备用碳化硅零部件厂商，我国半导体设备用碳化硅零部件国产化率较低，国产替代程度较弱，本土厂商目前整体处于追赶国外状态，随着半导体产业自主可控及国产替代需求的不断提升，预计该行业未来会面临较大的发展空间。

不过，需要注意的是，随着全球集成电路制造工艺制程的不断升级，以及半导体零部件下游设备厂商、晶圆厂商等对零部件需求的波动，包括碳化硅零部件在内的国产半导体零部件厂商也将面临更大挑战。