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近日，在“2023行家說(shuō)三代半年會(huì)”上，2家SiC頭部企業(yè)做出以下預(yù)判：
● 爍科晶體總經(jīng)理李斌：8英寸SiC襯底基本上已經(jīng)成熟，我們的產(chǎn)品從品質(zhì)、加工面形到缺陷密度已經(jīng)跟6英寸襯底基本一致，預(yù)計(jì)未來(lái)1-2年8英寸SiC會(huì)成為市場(chǎng)主流。
●?芯聯(lián)動(dòng)力市場(chǎng)銷(xiāo)售負(fù)責(zé)人朱紀(jì)偉：8英寸一定是趨勢(shì)，因?yàn)榻K端廠商對(duì)SiC器件價(jià)格的要求很高，我們明年就有第一條8英寸晶圓線(xiàn)通線(xiàn)，國(guó)產(chǎn)的8英寸SiC襯底也要加油干起來(lái)。
結(jié)合Wolfspeed、安森美、意法半導(dǎo)體等國(guó)際廠商的進(jìn)展，可以預(yù)見(jiàn)8英寸SiC時(shí)代正在加速而來(lái)。而緊跟8英寸SiC潮流還需要解決3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：
●?SiC晶體良率、襯底加工
●?SiC設(shè)備供應(yīng)是否“卡脖子”？
●?SiC成本是否具備競(jìng)爭(zhēng)力？
解決這些問(wèn)題需要國(guó)產(chǎn)SiC設(shè)備的創(chuàng)新助推，中科九微科技有限公司在真空規(guī)、蝶閥、干泵、分子泵等眾多“卡脖子”核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破，并幫助頭部設(shè)備廠商開(kāi)發(fā)了8英寸SiC長(zhǎng)晶爐、外延爐等量產(chǎn)設(shè)備，不僅打破國(guó)際廠商的壟斷，還提升晶體良率和降低設(shè)備成本方面提供了新的助力。
8吋SiC亟需提升良率?
4大國(guó)產(chǎn)真空部件提供助力
據(jù)《2023碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書(shū)》，目前全球已有26家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了8英寸SiC單晶襯底的研發(fā)突破，不過(guò)大部分廠商的8英寸晶體良率和襯底加工面型仍稍遜于6英寸產(chǎn)品。
目前，SiC單晶生長(zhǎng)的主流技術(shù)是PVT法，業(yè)界談及頻率較高的晶體良率提升方式包括：溫度控制、長(zhǎng)晶工藝等，但往往忽略了真空壓力控制系統(tǒng)和爐體真空度的重要性。
8吋SiC良率影響因素 來(lái)源：行家說(shuō)Research
據(jù)了解，相比6英寸SiC晶體生長(zhǎng)工藝，8英寸SiC單晶生長(zhǎng)對(duì)爐內(nèi)的真空壓力控制要求較高，這是由于壓力變化會(huì)對(duì)SiC晶體的生長(zhǎng)速度和晶體質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。
以某頭部SiC長(zhǎng)晶設(shè)備廠商為例，他們最近要求長(zhǎng)晶爐的真空壓力控制精度要提高10倍，即從當(dāng)前的1%升級(jí)到0.1%，同時(shí)將壓力穩(wěn)定控制在±0.3Pa。
SiC長(zhǎng)晶爐的真空系統(tǒng)主要由真空爐體、抽真空裝置和真空檢測(cè)裝置組成，涉及干泵、分子泵、氣動(dòng)插板閥、蝶閥、氣動(dòng)閥（擋板閥）、真空規(guī)以及壓力計(jì)等真空部件。與4英寸和6英寸長(zhǎng)晶設(shè)備相比，8英寸SiC設(shè)備需要壓力控制精度更高的真空部件。
為了幫助客戶(hù)生長(zhǎng)高品質(zhì)的8英寸SiC單晶襯底，中科九微研發(fā)推出了多種優(yōu)勢(shì)真空零部件，目前已助力頭部SiC電阻爐設(shè)備廠商實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。
首先是爐體和精密加工件。在SiC電阻爐中，爐體的成本僅次于石墨件，這是因?yàn)闋t體的漏率會(huì)直接影響長(zhǎng)晶爐的真空度，因此對(duì)于爐體和加工件（彎頭、直通連接件等）的精度提出非常高的要求。中科九微的爐體加工車(chē)間是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的，并且引進(jìn)了眾多國(guó)外最先進(jìn)的設(shè)備，可以確保實(shí)現(xiàn)更高的加工精度，與此同時(shí)，他們還建造了完全自動(dòng)化的表面處理車(chē)間，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的工藝控制，兩者的結(jié)合可為長(zhǎng)晶爐設(shè)備廠商提供表鍍效果均勻性和真空度更好的爐體和加工件，滿(mǎn)足8英寸SiC設(shè)備對(duì)高真空度、極低漏率的要求。
其次是蝶閥和真空規(guī)。在SiC晶體生長(zhǎng)和外延生長(zhǎng)設(shè)備中，普遍要求對(duì)反應(yīng)腔室的真空壓力進(jìn)行快速和準(zhǔn)確控制。目前許多設(shè)備的真空壓力基本在絕對(duì)壓力10-400Torr的真空度范圍內(nèi)，通過(guò)使用電動(dòng)蝶閥基本可以達(dá)到1%以?xún)?nèi)的控制精度。但是中科九微的蝶閥結(jié)合自研的真空規(guī)，可以滿(mǎn)足8英寸SiC晶體生長(zhǎng)要求，真空度范圍可控制在0.1Torr，并滿(mǎn)足0.1%精度控制的要求。
第三是新型插板閥。據(jù)中科九微介紹，由于SiC長(zhǎng)晶爐的尺寸相對(duì)較小，因此對(duì)內(nèi)部空間的要求比較高，所以他們正在推廣端面驅(qū)動(dòng)插板閥，相比常規(guī)的直驅(qū)插板閥，其尺寸可縮小30%，速度快30%。與此同時(shí)，這種端面驅(qū)動(dòng)插板閥的低振動(dòng)性也有助于提升SiC長(zhǎng)晶良率。該公司表示，插板閥與分子泵之間連接，以及插板閥與爐體直接連接的振動(dòng)越小，對(duì)長(zhǎng)晶工藝的影響也就越小。
第四是脂潤(rùn)滑分子泵。據(jù)了解，中科九微的產(chǎn)品具有調(diào)壓速度快、精度高等顯著優(yōu)勢(shì)，以調(diào)壓速度為例，其產(chǎn)品較國(guó)內(nèi)同口徑分子泵的轉(zhuǎn)速提高約20%，抽速提高10-15%左右。
中科九微是由中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、中科九微控股集團(tuán)于2018年聯(lián)合成立，是一家以真空部件為核心的高科技公司，其優(yōu)勢(shì)真空部件包括干式真空泵、分子泵、真空閥門(mén)、真空腔體及精密加工件、真空薄膜規(guī)、真空壓力開(kāi)關(guān)等。由于精度、穩(wěn)定性及耐用性更高，目前中科九微的真空部件已經(jīng)受到了SiC長(zhǎng)晶爐和外延爐頭部廠商的高度認(rèn)可。
打破卡脖子最后防線(xiàn)
真空規(guī)、蝶閥實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代
從眾多信息來(lái)看，接下來(lái)2年是8英寸SiC的關(guān)鍵期，SiC企業(yè)除了要加快提升晶體良率外，可能還需要提前進(jìn)行產(chǎn)能布局，這涉及到長(zhǎng)晶爐和外延爐的設(shè)備訂購(gòu)，可能會(huì)因?yàn)椤翱ú弊印辈考绊懻w產(chǎn)線(xiàn)的量產(chǎn)進(jìn)度。
盡管SiC長(zhǎng)晶爐和SiC外延爐的國(guó)產(chǎn)化率是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中最高的，然而截至目前，這些設(shè)備的核心部件的進(jìn)口依賴(lài)度依舊較高。
以SiC長(zhǎng)晶爐為例，整個(gè)長(zhǎng)晶系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括：加熱單元、真空單元、爐體等。其中，加熱單元中的等靜壓石墨主要采用進(jìn)口產(chǎn)品，真空單元的薄膜真空計(jì)和蝶閥等關(guān)鍵部件也高度依賴(lài)進(jìn)口。
SiC長(zhǎng)晶爐構(gòu)成與核心部件示意圖 來(lái)源：行家說(shuō)Research
“行家說(shuō)三代半”在調(diào)研中了解到，2023年進(jìn)口高端石墨件的價(jià)格在高峰期增長(zhǎng)了3倍左右，而SiC襯底價(jià)格卻下降10%以上，對(duì)襯底廠商的成本控制提出非常高的要求。與此同時(shí)，部分自制SiC長(zhǎng)晶爐的襯底廠商在擴(kuò)產(chǎn)過(guò)程中，需要提前數(shù)個(gè)月對(duì)進(jìn)口的泵、閥等真空部件進(jìn)行備貨，增加了襯底廠商資金壓力。
可喜的是：在SiC裝備的真空系統(tǒng)部件領(lǐng)域，已有代表性企業(yè)在泵、閥、真空規(guī)等核心部件國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程中邁出了重要的一大步。
近期，“行家說(shuō)三代半”了解到，中科九微已攻破“卡脖子”技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了真空規(guī)和蝶閥國(guó)產(chǎn)平行替代，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的技術(shù)空白。
為了搶占高端真空部件市場(chǎng)新高地，中科九微經(jīng)過(guò)多年的專(zhuān)注研發(fā)，終于啃下了產(chǎn)業(yè)里最硬的骨頭——薄膜真空規(guī)和高速低漏率蝶閥，目前這兩款產(chǎn)品即將在SiC設(shè)備行業(yè)“闖”出一番陣地，有望在真空部件業(yè)內(nèi)樹(shù)立創(chuàng)新性榜樣。
據(jù)了解，目前我國(guó)真空設(shè)備的大部分部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但真空規(guī)和蝶閥等核心部件的國(guó)產(chǎn)化率極低，高度依賴(lài)萬(wàn)機(jī)儀器（MKS）、英?？担↖NFICON）和VAT等公司的產(chǎn)品。在此背景下，“通過(guò)國(guó)產(chǎn)替代，既縮短產(chǎn)品交期，又能降低部件采購(gòu)和備貨成本”成為了下游SiC廠商的普遍訴求。
中科九微公司負(fù)責(zé)人透露，為了響應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展號(hào)召，在國(guó)產(chǎn)高端真空部件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)口替代，逐步解決卡脖子難題，中科九微深度主導(dǎo)和參與了多個(gè)國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)重大項(xiàng)目，依托中科院微電子所的研發(fā)能力，并結(jié)合自身的產(chǎn)業(yè)化能力和優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展高性能電容薄膜真空規(guī)和蝶閥的研發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)研究。
據(jù)介紹，中科九微的薄膜真空規(guī)的關(guān)鍵技術(shù)包括：特種鎳基合金材料冶煉技術(shù)；高強(qiáng)度、低蠕變、恒彈性合金膜片；極微弱信號(hào)探測(cè)電路；抗溫漂、高熱穩(wěn)定性電極；以及抗沉積氣體流道。該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家專(zhuān)家組驗(yàn)收，經(jīng)鑒定，中科九微的薄膜真空規(guī)與蝶閥產(chǎn)品達(dá)到已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品同等指標(biāo)水平，率先在半導(dǎo)體IC制程等重要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。
經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)儲(chǔ)備，中科九微已經(jīng)具備薄膜真空規(guī)全部的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從膜片到sensor都實(shí)現(xiàn)了自主自制，而國(guó)內(nèi)大部分廠家主要采用進(jìn)口膜片。而且目前國(guó)內(nèi)只有中科九微的真空規(guī)可將真空度控制在0.1 Torr，其零點(diǎn)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性可以與MKS公司的金屬薄膜規(guī)一致，超越了歐洲某廠商的陶瓷膜片薄膜規(guī)。
真空蝶閥方面，中科九微表示，此前國(guó)內(nèi)SiC設(shè)備主要依賴(lài)進(jìn)口蝶閥，而最近他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。并且相比國(guó)內(nèi)外蝶閥競(jìng)品，中科九微產(chǎn)品的特色技術(shù)是完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人工智能（AI）算法，這種AI算法可以為SiC設(shè)備帶來(lái)3大好處，首先是調(diào)壓時(shí)間偏差非常小，可實(shí)現(xiàn)更高的調(diào)壓精度；其次是工藝壓力調(diào)節(jié)時(shí)間更快；第三是由于調(diào)壓預(yù)判更精準(zhǔn)，不需要頻繁地切換，因此蝶閥壽命更長(zhǎng)，可以降低客戶(hù)的使用成本。
國(guó)產(chǎn)化大幅降低成本?
定制化助力創(chuàng)新超越
中科九微不僅解決了一系列核心真空部件“卡脖子”問(wèn)題，而且國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程也幫助客戶(hù)大幅降低了部件的采購(gòu)成本。
以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的分子泵為例，國(guó)外廠商的交期通常長(zhǎng)達(dá)2-3個(gè)月，增加了設(shè)備廠商的備貨資金壓力和交期風(fēng)險(xiǎn)，2018年中科九微就推出了脂潤(rùn)滑分子泵，其年產(chǎn)近萬(wàn)套的車(chē)間產(chǎn)能不僅可以大幅壓縮交期，同時(shí)其部件成本也比國(guó)外廠商降低了15%以上。
此外，針對(duì)SiC晶體生長(zhǎng)設(shè)備，中科九微還推出了漸變式螺桿干泵機(jī)組，該產(chǎn)品可以節(jié)省電費(fèi)，并且使用壽命更長(zhǎng)。據(jù)介紹，中科九微的干泵采用特制的永磁同步水冷電機(jī)及變頻器，比同類(lèi)產(chǎn)品節(jié)能30%，達(dá)到歐盟IE4節(jié)能等級(jí)。同時(shí)通過(guò)添加涂抹改質(zhì)劑，可減少PM次數(shù)，有效延長(zhǎng)運(yùn)行壽命。
除了SiC長(zhǎng)晶爐外，中科九微還集結(jié)優(yōu)勢(shì)資源，圍繞SiC外延設(shè)備、SiC粉料CVD合成設(shè)備進(jìn)行了真空產(chǎn)品的研發(fā)與制造。
例如他們的漸變式螺桿干泵機(jī)組已經(jīng)被國(guó)內(nèi)SiC外延設(shè)備頭部是廠商采用，除了上述優(yōu)點(diǎn)外，該產(chǎn)品的性能可對(duì)標(biāo)日本廠商，并且不同于其他國(guó)內(nèi)廠商的螺桿需要外協(xié)加工，中科九微實(shí)現(xiàn)了從螺桿到控制器等核心技術(shù)的完全自制，工藝更可控。
此外，中科九微的薄膜真空規(guī)和腔室加工件也助力國(guó)內(nèi)客戶(hù)實(shí)現(xiàn)SiC外延設(shè)備的研發(fā)和量產(chǎn)，其腔室加工件具備更高的加工精度、真空度和耐腐蝕度。
從全球范圍來(lái)看，中科九微是極少能夠提供真空系統(tǒng)服務(wù)的公司，實(shí)現(xiàn)了從干泵、分子泵、插板閥、真空控壓真空監(jiān)測(cè)薄膜規(guī)，到爐體和腔體加工件的“全棧式”布局。不僅如此，中科九微還匯集真空部件領(lǐng)域最多的核心優(yōu)秀人才，因此不僅可以立足于介入一線(xiàn)用戶(hù)需求，不斷進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)與升級(jí)，同時(shí)還能及時(shí)響應(yīng)客戶(hù)的定制化需求，為客戶(hù)的創(chuàng)新突破提供幫助和建議。
以SiC電阻爐為例，由于從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸，不僅長(zhǎng)晶工藝在發(fā)生變化，爐體尺寸也在發(fā)生變化，設(shè)備廠商要迅速推出引領(lǐng)市場(chǎng)的長(zhǎng)晶設(shè)備，繼續(xù)爐體等真空部件定制化開(kāi)發(fā)和配合服務(wù)。
據(jù)中科九微介紹，“現(xiàn)階段，8英寸長(zhǎng)晶爐采用的是非標(biāo)加工件，涉及的爐體零件眾多，這對(duì)加工件廠商的定制化開(kāi)發(fā)能力提出非常高的要求?！倍锌凭盼⒒诙嗄甑漠a(chǎn)品開(kāi)發(fā)和客戶(hù)配合經(jīng)驗(yàn)，對(duì)爐體設(shè)計(jì)和加工更為熟悉，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更準(zhǔn)的開(kāi)圖和加工制作，為客戶(hù)節(jié)省更多的研發(fā)和生產(chǎn)時(shí)間。同時(shí)，中科九微還能夠?yàn)榭蛻?hù)提供有效的爐體設(shè)計(jì)建議，例如根據(jù)實(shí)際加工情況，讓客戶(hù)的爐體在表面光潔度、色卡等方面更具經(jīng)濟(jì)性。
無(wú)論是從降本角度，還是從地緣政治角度，高端真空零部件的國(guó)產(chǎn)化替代勢(shì)在必行，中科九微已經(jīng)打破當(dāng)前困局，正在持續(xù)向高端真空零部件全面國(guó)產(chǎn)化沖鋒，未來(lái)他們還將給SiC行業(yè)帶來(lái)怎樣的驚喜，讓我們拭目以待。
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