2571
近日，在“2023行家说三代半年会”上，2家SiC头部企业做出以下预判：
● 烁科晶体总经理李斌：8英寸SiC衬底基本上已经成熟，我们的产品从品质、加工面形到缺陷密度已经跟6英寸衬底基本一致，预计未来1-2年8英寸SiC会成为市场主流。
● 芯联动力市场销售负责人朱纪伟：8英寸一定是趋势，因为终端厂商对SiC器件价格的要求很高，我们明年就有第一条8英寸晶圆线通线，国产的8英寸SiC衬底也要加油干起来。
结合Wolfspeed、安森美、意法半导体等国际厂商的进展，可以预见8英寸SiC时代正在加速而来。而紧跟8英寸SiC潮流还需要解决3个关键问题：
● SiC晶体良率、衬底加工
● SiC设备供应是否“卡脖子”？
● SiC成本是否具备竞争力？
解决这些问题需要国产SiC设备的创新助推，中科九微科技有限公司在真空规、蝶阀、干泵、分子泵等众多“卡脖子”核心技术实现了重大突破，并帮助头部设备厂商开发了8英寸SiC长晶炉、外延炉等量产设备，不仅打破国际厂商的垄断，还提升晶体良率和降低设备成本方面提供了新的助力。
8吋SiC亟需提升良率
4大国产真空部件提供助力
据《2023碳化硅（SiC）产业调研白皮书》，目前全球已有26家企业实现了8英寸SiC单晶衬底的研发突破，不过大部分厂商的8英寸晶体良率和衬底加工面型仍稍逊于6英寸产品。
目前，SiC单晶生长的主流技术是PVT法，业界谈及频率较高的晶体良率提升方式包括：温度控制、长晶工艺等，但往往忽略了真空压力控制系统和炉体真空度的重要性。
8吋SiC良率影响因素 来源：行家说Research
据了解，相比6英寸SiC晶体生长工艺，8英寸SiC单晶生长对炉内的真空压力控制要求较高，这是由于压力变化会对SiC晶体的生长速度和晶体质量产生极大影响。
以某头部SiC长晶设备厂商为例，他们最近要求长晶炉的真空压力控制精度要提高10倍，即从当前的1%升级到0.1%，同时将压力稳定控制在±0.3Pa。
SiC长晶炉的真空系统主要由真空炉体、抽真空装置和真空检测装置组成，涉及干泵、分子泵、气动插板阀、蝶阀、气动阀（挡板阀）、真空规以及压力计等真空部件。与4英寸和6英寸长晶设备相比，8英寸SiC设备需要压力控制精度更高的真空部件。
为了帮助客户生长高品质的8英寸SiC单晶衬底，中科九微研发推出了多种优势真空零部件，目前已助力头部SiC电阻炉设备厂商实现了规模化应用。
首先是炉体和精密加工件。在SiC电阻炉中，炉体的成本仅次于石墨件，这是因为炉体的漏率会直接影响长晶炉的真空度，因此对于炉体和加工件（弯头、直通连接件等）的精度提出非常高的要求。中科九微的炉体加工车间是国内规模最大的，并且引进了众多国外最先进的设备，可以确保实现更高的加工精度，与此同时，他们还建造了完全自动化的表面处理车间，能够实现更精确的工艺控制，两者的结合可为长晶炉设备厂商提供表镀效果均匀性和真空度更好的炉体和加工件，满足8英寸SiC设备对高真空度、极低漏率的要求。
其次是蝶阀和真空规。在SiC晶体生长和外延生长设备中，普遍要求对反应腔室的真空压力进行快速和准确控制。目前许多设备的真空压力基本在绝对压力10-400Torr的真空度范围内，通过使用电动蝶阀基本可以达到1%以内的控制精度。但是中科九微的蝶阀结合自研的真空规，可以满足8英寸SiC晶体生长要求，真空度范围可控制在0.1Torr，并满足0.1%精度控制的要求。
第三是新型插板阀。据中科九微介绍，由于SiC长晶炉的尺寸相对较小，因此对内部空间的要求比较高，所以他们正在推广端面驱动插板阀，相比常规的直驱插板阀，其尺寸可缩小30%，速度快30%。与此同时，这种端面驱动插板阀的低振动性也有助于提升SiC长晶良率。该公司表示，插板阀与分子泵之间连接，以及插板阀与炉体直接连接的振动越小，对长晶工艺的影响也就越小。
第四是脂润滑分子泵。据了解，中科九微的产品具有调压速度快、精度高等显著优势，以调压速度为例，其产品较国内同口径分子泵的转速提高约20%，抽速提高10-15%左右。
中科九微是由中国科学院微电子研究所、中科九微控股集团于2018年联合成立，是一家以真空部件为核心的高科技公司，其优势真空部件包括干式真空泵、分子泵、真空阀门、真空腔体及精密加工件、真空薄膜规、真空压力开关等。由于精度、稳定性及耐用性更高，目前中科九微的真空部件已经受到了SiC长晶炉和外延炉头部厂商的高度认可。
打破卡脖子最后防线
真空规、蝶阀实现国产替代
从众多信息来看，接下来2年是8英寸SiC的关键期，SiC企业除了要加快提升晶体良率外，可能还需要提前进行产能布局，这涉及到长晶炉和外延炉的设备订购，可能会因为“卡脖子”部件而影响整体产线的量产进度。
尽管SiC长晶炉和SiC外延炉的国产化率是整个产业链中最高的，然而截至目前，这些设备的核心部件的进口依赖度依旧较高。
以SiC长晶炉为例，整个长晶系统的主要构成包括：加热单元、真空单元、炉体等。其中，加热单元中的等静压石墨主要采用进口产品，真空单元的薄膜真空计和蝶阀等关键部件也高度依赖进口。
SiC长晶炉构成与核心部件示意图 来源：行家说Research
“行家说三代半”在调研中了解到，2023年进口高端石墨件的价格在高峰期增长了3倍左右，而SiC衬底价格却下降10%以上，对衬底厂商的成本控制提出非常高的要求。与此同时，部分自制SiC长晶炉的衬底厂商在扩产过程中，需要提前数个月对进口的泵、阀等真空部件进行备货，增加了衬底厂商资金压力。
可喜的是：在SiC装备的真空系统部件领域，已有代表性企业在泵、阀、真空规等核心部件国产替代进程中迈出了重要的一大步。
近期，“行家说三代半”了解到，中科九微已攻破“卡脖子”技术难题，实现了真空规和蝶阀国产平行替代，填补了该领域的技术空白。
为了抢占高端真空部件市场新高地，中科九微经过多年的专注研发，终于啃下了产业里最硬的骨头——薄膜真空规和高速低漏率蝶阀，目前这两款产品即将在SiC设备行业“闯”出一番阵地，有望在真空部件业内树立创新性榜样。
据了解，目前我国真空设备的大部分部件已经实现了国产化，但真空规和蝶阀等核心部件的国产化率极低，高度依赖万机仪器（MKS）、英福康（INFICON）和VAT等公司的产品。在此背景下，“通过国产替代，既缩短产品交期，又能降低部件采购和备货成本”成为了下游SiC厂商的普遍诉求。
中科九微公司负责人透露，为了响应国家经济高质量发展号召，在国产高端真空部件领域实现进口替代，逐步解决卡脖子难题，中科九微深度主导和参与了多个国家02专项重大项目，依托中科院微电子所的研发能力，并结合自身的产业化能力和优势，开展高性能电容薄膜真空规和蝶阀的研发与关键技术研究。
据介绍，中科九微的薄膜真空规的关键技术包括：特种镍基合金材料冶炼技术；高强度、低蠕变、恒弹性合金膜片；极微弱信号探测电路；抗温漂、高热稳定性电极；以及抗沉积气体流道。该项目已经通过了国家专家组验收，经鉴定，中科九微的薄膜真空规与蝶阀产品达到已达到国外同类产品同等指标水平，率先在半导体IC制程等重要领域实现应用。
经过多年的技术储备，中科九微已经具备薄膜真空规全部的自主知识产权，从膜片到sensor都实现了自主自制，而国内大部分厂家主要采用进口膜片。而且目前国内只有中科九微的真空规可将真空度控制在0.1 Torr，其零点稳定性和温度稳定性可以与MKS公司的金属薄膜规一致，超越了欧洲某厂商的陶瓷膜片薄膜规。
真空蝶阀方面，中科九微表示，此前国内SiC设备主要依赖进口蝶阀，而最近他们已经实现了进口替代。并且相比国内外蝶阀竞品，中科九微产品的特色技术是完全自主知识产权的人工智能（AI）算法，这种AI算法可以为SiC设备带来3大好处，首先是调压时间偏差非常小，可实现更高的调压精度；其次是工艺压力调节时间更快；第三是由于调压预判更精准，不需要频繁地切换，因此蝶阀寿命更长，可以降低客户的使用成本。
国产化大幅降低成本
定制化助力创新超越
中科九微不仅解决了一系列核心真空部件“卡脖子”问题，而且国产化进程也帮助客户大幅降低了部件的采购成本。
以实现大规模商用的分子泵为例，国外厂商的交期通常长达2-3个月，增加了设备厂商的备货资金压力和交期风险，2018年中科九微就推出了脂润滑分子泵，其年产近万套的车间产能不仅可以大幅压缩交期，同时其部件成本也比国外厂商降低了15%以上。
此外，针对SiC晶体生长设备，中科九微还推出了渐变式螺杆干泵机组，该产品可以节省电费，并且使用寿命更长。据介绍，中科九微的干泵采用特制的永磁同步水冷电机及变频器，比同类产品节能30%，达到欧盟IE4节能等级。同时通过添加涂抹改质剂，可减少PM次数，有效延长运行寿命。
除了SiC长晶炉外，中科九微还集结优势资源，围绕SiC外延设备、SiC粉料CVD合成设备进行了真空产品的研发与制造。
例如他们的渐变式螺杆干泵机组已经被国内SiC外延设备头部是厂商采用，除了上述优点外，该产品的性能可对标日本厂商，并且不同于其他国内厂商的螺杆需要外协加工，中科九微实现了从螺杆到控制器等核心技术的完全自制，工艺更可控。
此外，中科九微的薄膜真空规和腔室加工件也助力国内客户实现SiC外延设备的研发和量产，其腔室加工件具备更高的加工精度、真空度和耐腐蚀度。
从全球范围来看，中科九微是极少能够提供真空系统服务的公司，实现了从干泵、分子泵、插板阀、真空控压真空监测薄膜规，到炉体和腔体加工件的“全栈式”布局。不仅如此，中科九微还汇集真空部件领域最多的核心优秀人才，因此不仅可以立足于介入一线用户需求，不断进行产品研发与升级，同时还能及时响应客户的定制化需求，为客户的创新突破提供帮助和建议。
以SiC电阻炉为例，由于从6英寸转向8英寸，不仅长晶工艺在发生变化，炉体尺寸也在发生变化，设备厂商要迅速推出引领市场的长晶设备，继续炉体等真空部件定制化开发和配合服务。
据中科九微介绍，“现阶段，8英寸长晶炉采用的是非标加工件，涉及的炉体零件众多，这对加工件厂商的定制化开发能力提出非常高的要求。”而中科九微基于多年的产品开发和客户配合经验，对炉体设计和加工更为熟悉，因此能够实现更快、更准的开图和加工制作，为客户节省更多的研发和生产时间。同时，中科九微还能够为客户提供有效的炉体设计建议，例如根据实际加工情况，让客户的炉体在表面光洁度、色卡等方面更具经济性。
无论是从降本角度，还是从地缘政治角度，高端真空零部件的国产化替代势在必行，中科九微已经打破当前困局，正在持续向高端真空零部件全面国产化冲锋，未来他们还将给SiC行业带来怎样的惊喜，让我们拭目以待。
下载ECAD模型
