www.188betkr.com 讯 外延工艺是整个碳化硅产业中非常关键的一环，所有的器件基本上都是在外延上实现，所以外延的质量对器件的性能是影响非常大，同时外延的质量又受到晶体和衬底加工的影响，所以外延环节在碳化硅产业链中起到承上启下的关键作用。
碳化硅产业链
近年来，中国碳化硅外延片产业发展迅速，已进入快速成长期。根据相关数据显示，2023年中国碳化硅外延片市场规模已达到约16.24亿元人民币，预计到2026年有望上升至107亿元人民币。一代设备，一代工艺，一代产品，下游市场的飞速增长，不断的扩产需求也助推了碳化硅外延设备的市场增长。根据TrendForce集邦咨询分析，2023年中国碳化硅外延设备市场规模约1.81亿美元，预计到2028年将攀升至4.24亿美元。
SiC外延是通过载气将反应气体输送到反应室内，使其在一定的温度和压力条件下分解并发生化学反应，形成中间化合物扩散到衬底表面，生长外延层。可见，反应室内的气流场和温度场对SiC外延生长至关重要。因此，根据碳化硅外延设备反应室的结构设计进行分类，目前有冷壁(垂直或水平)、热壁（垂直或水平）、行星式和Turbo Disk。水平和垂直冷壁CVD反应室结构目前已被淘汰，业界大部分厂商采用的是热壁或暖壁式CVD设备。
碳化硅外延设备：国际垄断，国产追赶
当下，碳化硅外延技术已与碳化硅外延设备高度融合。2021年及之前，国外碳化硅外延设备占据主导地位，2014年，TCS等技术由意大利LPE公司最早实现商业化，在2017年AIXTRON公司对设备进行了升级改造，将这个技术移植到了商业的设备中。
目前，国外碳化硅外延设备主要企业包括意大利LPE（被荷兰ASMI 收购）、德国爱思强AIXTRON、日本钮富来Nuflare（东芝旗下）、瑞典Epiluvac（被美国维易科Veeco收购）等，2023年以前 LPE、AIXTRON、Nuflare占国内市场份额80%以上。
意大利LPE（已被ASM收购）
LPE公司成立于1972年，总部位于意大利米兰。LPE公司在中国一直保持市场占有率第一，已经逐渐成为领先世界外延技术的企业之一。其热壁水平式CVD设备（如PE106）以高生长速率（>50μm/h）和优异的均匀性（厚度不均匀性≤2%，掺杂不均匀性≤5%）著称，在国内市场占有率最高。
德国Aixtron
德国Aixtron公司成立于1983年，是全球领先的半导体设备制造商，专注于化学气相沉积（CVD）设备的研发与生产，广泛应用于化合物半导体（如碳化硅SiC、氮化镓GaN）和有机半导体领域。其温壁行星式CVD设备（如G10-SiC）采用多片式生长技术，单炉可同时生长6-9片外延片，显著提升了产能。截至目前，此类机型在国内用户端使用较少，在多片一致性和缺陷控制方面仍面临挑战，在一定程度上制约了其工程化应用。
日本Nuflare
日本Nuflare公司（Nuflare Technology, Inc.）成立于1984年，总部位于日本横滨，是东芝集团旗下的核心企业之一。Nuflare以其在碳化硅外延设备领域的技术优势闻名，尤其在高速旋转和缺陷控制方面处于国际领先地位。准热壁立式CVD设备（如EPIREVOS系列）通过高速旋转和优化的流场设计，将外延片的缺陷密度控制在0.1cm-2以下， Nuflare工程师Yoshiaki Daigo曾称，片内厚度和掺杂浓度不均匀性分别达到 1%和2.6%。
国内企业北方华创、晶盛机电、芯三代等，均已推出成熟的外延设备。
晶盛机电
晶盛机电2023年推出6英寸双片式SiC外延设备，通过优化反应室设计，实现了上下层工艺气体的独立调控，温差控制在5℃以内，显著提升了产能。其设备厚度不均匀性≤2%，掺杂不均匀性≤5%，已接近国际领先水平。
芯三代
芯三代成立于2020年9月，公司专注于碳化硅等第三代半导体核心装备的研发与生产。凭借国内领先的技术优势，成为目前国内唯一成熟的垂直式、6/8英寸兼容SiC外延设备供应商。借鉴Nuflare的垂直气流技术，开发了具有双腔结构的外延设备，进一步提升了生产效率和均匀性。其设备生长速率可达50μm/h，缺陷密度控制在0.5cm-2以下。
北方华创
北方华创是中国半导体设备国产化的核心力量，通过持续技术创新与战略整合（如收购Akrion、芯源微），已形成覆盖刻蚀、薄膜沉积、清洗、离子注入等全流程设备能力。其SiC外延设备MARS iCE115/120S，工艺调试简单，维护便捷，迅速占领市场。其中MARS iCE120S兼容6/8英寸SiC外延，具备C2C能力，为SiC产业过渡期提供良好选择。
总的来说，在技术类型上，国内厂商晶盛机电、北方华创、芯三代、中电48所和深圳纳设智能主要借鉴LPE的水平气流和单片外延方式，其中芯三代也研发Nuflare垂直气流和双腔外延方式。
在市场规模上，国外碳化硅外延设备产能紧张，交付周期普遍长达1.5-2年，这为国产碳化硅外延设备提供了机遇。根据TrendForce数据，国内外延设备市场主要由北方华创、晶盛机电、纳设智能、中电科48所等本土厂商占据，这四家厂商市场份额合计约51%。国内本土设备在国内市场加速渗透，部分厂商订单量已超过国际大厂LPE，并已开始布局8英寸外延设备。
8英寸设备之争
8英寸碳化硅晶圆凭借更小的边缘损耗和更大的有效面积，结合量产规模效应，有望将成本降低60%以上。其衬底和外延材料的量产已近在眼前，关键在于配套设备的推进速度。
2022年9月13日，AIXTRON在行业会议上推出全新的G10-SiC 200mm外延系统。该设备提供9x150mm和 6x200 mm的灵活双晶圆尺寸配置，有助于SiC 行业从6英寸晶圆直径过渡到8英晶圆直径。此外，LPE和意法半导体也合作开发了自己的8英寸碳化硅外延炉PE108。
国内晶盛机电发布消息称公司已成功研发出具有国际先进水平的8英寸单片式碳化硅外延生长设备。目前，在子公司晶瑞的8英寸衬底基础上，已实现8英寸单片式碳化硅外延生长设备的自主研发与调试，外延的厚度均匀性1.5%以内、掺杂均匀性4%以内，已达到行业领先水平。
纳设智能自主研发的全自动双腔8英寸碳化硅外延设备及多台8英寸单腔设备交付龙头客户。其采用独立双腔体架构，独创的反应腔室设计让客户运营成本大大降低，同时创新性融合多区独立进气控制与智能温场系统，实现6英寸与8英寸晶圆的高兼容性生产。在工艺性能上，外延层厚度均匀性稳定在1%以内，掺杂均匀性达2%以内，缺陷密度≤0.1cm2，达到行业先进水平。
小结
在产业扩张浪潮下，碳化硅外延厂商纷纷大幅扩产，带动设备市场持续扩容。新玩家涌入推动设备结构优化，在生长速率、COO成本、稳定性、维护便利性及可靠性等方面稳步提升，叠加大尺寸设备的开发推进与国产替代加速，外延环节降本进程显著提速。
来源：
袁福顺等：碳化硅外延设备技术研究
碳化硅芯观察：市场|国产碳化硅外延炉设备竞争江湖
集邦化合物半导体：国内碳化硅外延片市场简析
深企投产业研究院：2025年第三代半导体SiCGaN产业链研究报告
（www.188betkr.com 编辑整理/空青）
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