从产业链角度看,碳化硅(SiC)类器件的制造,主要包含 “衬底 - 外延 - 器件制造” 三个步骤。
而在各环节的价值量比较中,SiC 产业呈现明显 “头重脚轻” 的特征,其中衬底和外延有将近 70% 的价值量占比。与硅基器件相比,SiC 类器件的上游材料制造环节具有较高的技术壁垒,这也使得上游材料更大的影响了最终产品的成本项。由此可以看出,衬底及外延环节的降本将是 SiC 产业的主要发展方向。
1)SiC 衬底:衬底是碳化硅产业中最重要的环节,价值量占比接近 50%。没有 SiC 衬底,就造不出 SiC 器件,所以衬底是最基本的材料基础。
SiC 衬底是将原材料高纯硅粉/碳粉,通过原料合成、晶体生长、晶锭切割、晶圆切割、研磨抛光等环节进行制备。在衬底生产中,最主要的难点在于超高温环境、长晶时间久、加工工艺高。
由于衬底是 SiC 器件最大的成本项来源,衬底端价格的下降也是整个行业最主要的关注点。参考产业链信息,目前国内 SiC 衬底主流规格分别为 4 英寸和 6 英寸,衬底价格呈现每年下降 10% 左右的幅度。相对来看,4 英寸衬底的良率达到 70% 以上,而 6 英寸衬底良率还不到 50%。随着产品良率的逐年提升,SiC 衬底的价格有望进一步下探。
而对于未来 SiC 衬底价格能否下降的主要因素在于:①工艺和设备的改进,提升长晶效率;②减少损耗,提升产品良率;③从衬底到最终产品的转换率提升;④增加尺寸提升晶圆利用率。
2)SiC 外延:外延环节,在 SiC 制备过程中的价值量占比接近 1/4,是从材料到 SiC 器件制备过程中不可缺少的环节。
外延层的制备,主要是在 SiC 衬底基础上生长出一层单晶薄膜,再用以制造出所需的电力电子器件。目前外延层的制造,最主流方法是化学气相沉积法(CVD 法),利用气态的先驱反应物,通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。