中國粉體網訊 外延工藝是整個碳化硅產業中非常關鍵的一環，所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響非常大，同時外延的質量又受到晶體和襯底加工的影響，所以外延環節在碳化硅產業鏈中起到承上啟下的關鍵作用。
碳化硅產業鏈
近年來，中國碳化硅外延片產業發展迅速，已進入快速成長期。根據相關數據顯示，2023年中國碳化硅外延片市場規模已達到約16.24億元人民幣，預計到2026年有望上升至107億元人民幣。一代設備，一代工藝，一代產品，下游市場的飛速增長，不斷的擴產需求也助推了碳化硅外延設備的市場增長。根據TrendForce集邦咨詢分析，2023年中國碳化硅外延設備市場規模約1.81億美元，預計到2028年將攀升至4.24億美元。
SiC外延是通過載氣將反應氣體輸送到反應室內，使其在一定的溫度和壓力條件下分解并發生化學反應，形成中間化合物擴散到襯底表面，生長外延層。可見，反應室內的氣流場和溫度場對SiC外延生長至關重要。因此，根據碳化硅外延設備反應室的結構設計進行分類，目前有冷壁(垂直或水平)、熱壁（垂直或水平）、行星式和Turbo Disk。水平和垂直冷壁CVD反應室結構目前已被淘汰，業界大部分廠商采用的是熱壁或暖壁式CVD設備。
碳化硅外延設備：國際壟斷，國產追趕
當下，碳化硅外延技術已與碳化硅外延設備高度融合。2021年及之前，國外碳化硅外延設備占據主導地位，2014年，TCS等技術由意大利LPE公司最早實現商業化，在2017年AIXTRON公司對設備進行了升級改造，將這個技術移植到了商業的設備中。
目前，國外碳化硅外延設備主要企業包括意大利LPE（被荷蘭ASMI 收購）、德國愛思強AIXTRON、日本鈕富來Nuflare（東芝旗下）、瑞典Epiluvac（被美國維易科Veeco收購）等，2023年以前 LPE、AIXTRON、Nuflare占國內市場份額80%以上。
意大利LPE（已被ASM收購）
LPE公司成立于1972年，總部位于意大利米蘭。LPE公司在中國一直保持市場占有率第一，已經逐漸成為領先世界外延技術的企業之一。其熱壁水平式CVD設備（如PE106）以高生長速率（>50μm/h）和優異的均勻性（厚度不均勻性≤2%，摻雜不均勻性≤5%）著稱，在國內市場占有率最高。
德國Aixtron
德國Aixtron公司成立于1983年，是全球領先的半導體設備制造商，專注于化學氣相沉積（CVD）設備的研發與生產，廣泛應用于化合物半導體（如碳化硅SiC、氮化鎵GaN）和有機半導體領域。其溫壁行星式CVD設備（如G10-SiC）采用多片式生長技術，單爐可同時生長6-9片外延片，顯著提升了產能。截至目前，此類機型在國內用戶端使用較少，在多片一致性和缺陷控制方面仍面臨挑戰，在一定程度上制約了其工程化應用。
日本Nuflare
日本Nuflare公司（Nuflare Technology, Inc.）成立于1984年，總部位于日本橫濱，是東芝集團旗下的核心企業之一。Nuflare以其在碳化硅外延設備領域的技術優勢聞名，尤其在高速旋轉和缺陷控制方面處于國際領先地位。準熱壁立式CVD設備（如EPIREVOS系列）通過高速旋轉和優化的流場設計，將外延片的缺陷密度控制在0.1cm-2以下， Nuflare工程師Yoshiaki Daigo曾稱，片內厚度和摻雜濃度不均勻性分別達到 1%和2.6%。
國內企業北方華創、晶盛機電、芯三代等，均已推出成熟的外延設備。
晶盛機電
晶盛機電2023年推出6英寸雙片式SiC外延設備，通過優化反應室設計，實現了上下層工藝氣體的獨立調控，溫差控制在5℃以內，顯著提升了產能。其設備厚度不均勻性≤2%，摻雜不均勻性≤5%，已接近國際領先水平。
芯三代
芯三代成立于2020年9月，公司專注于碳化硅等第三代半導體核心裝備的研發與生產。憑借國內領先的技術優勢，成為目前國內唯一成熟的垂直式、6/8英寸兼容SiC外延設備供應商。借鑒Nuflare的垂直氣流技術，開發了具有雙腔結構的外延設備，進一步提升了生產效率和均勻性。其設備生長速率可達50μm/h，缺陷密度控制在0.5cm-2以下。
北方華創
北方華創是中國半導體設備國產化的核心力量，通過持續技術創新與戰略整合（如收購Akrion、芯源微），已形成覆蓋刻蝕、薄膜沉積、清洗、離子注入等全流程設備能力。其SiC外延設備MARS iCE115/120S，工藝調試簡單，維護便捷，迅速占領市場。其中MARS iCE120S兼容6/8英寸SiC外延，具備C2C能力，為SiC產業過渡期提供良好選擇。
總的來說，在技術類型上，國內廠商晶盛機電、北方華創、芯三代、中電48所和深圳納設智能主要借鑒LPE的水平氣流和單片外延方式，其中芯三代也研發Nuflare垂直氣流和雙腔外延方式。
在市場規模上，國外碳化硅外延設備產能緊張，交付周期普遍長達1.5-2年，這為國產碳化硅外延設備提供了機遇。根據TrendForce數據，國內外延設備市場主要由北方華創、晶盛機電、納設智能、中電科48所等本土廠商占據，這四家廠商市場份額合計約51%。國內本土設備在國內市場加速滲透，部分廠商訂單量已超過國際大廠LPE，并已開始布局8英寸外延設備。
8英寸設備之爭
8英寸碳化硅晶圓憑借更小的邊緣損耗和更大的有效面積，結合量產規模效應，有望將成本降低60%以上。其襯底和外延材料的量產已近在眼前，關鍵在于配套設備的推進速度。
2022年9月13日，AIXTRON在行業會議上推出全新的G10-SiC 200mm外延系統。該設備提供9x150mm和 6x200 mm的靈活雙晶圓尺寸配置，有助于SiC 行業從6英寸晶圓直徑過渡到8英晶圓直徑。此外，LPE和意法半導體也合作開發了自己的8英寸碳化硅外延爐PE108。
國內晶盛機電發布消息稱公司已成功研發出具有國際先進水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設備。目前，在子公司晶瑞的8英寸襯底基礎上，已實現8英寸單片式碳化硅外延生長設備的自主研發與調試，外延的厚度均勻性1.5%以內、摻雜均勻性4%以內，已達到行業領先水平。
納設智能自主研發的全自動雙腔8英寸碳化硅外延設備及多臺8英寸單腔設備交付龍頭客戶。其采用獨立雙腔體架構，獨創的反應腔室設計讓客戶運營成本大大降低，同時創新性融合多區獨立進氣控制與智能溫場系統，實現6英寸與8英寸晶圓的高兼容性生產。在工藝性能上，外延層厚度均勻性穩定在1%以內，摻雜均勻性達2%以內，缺陷密度≤0.1cm2，達到行業先進水平。
小結
在產業擴張浪潮下，碳化硅外延廠商紛紛大幅擴產，帶動設備市場持續擴容。新玩家涌入推動設備結構優化，在生長速率、COO成本、穩定性、維護便利性及可靠性等方面穩步提升，疊加大尺寸設備的開發推進與國產替代加速，外延環節降本進程顯著提速。
來源：
袁福順等：碳化硅外延設備技術研究
碳化硅芯觀察：市場|國產碳化硅外延爐設備競爭江湖
集邦化合物半導體：國內碳化硅外延片市場簡析
深企投產業研究院：2025年第三代半導體SiCGaN產業鏈研究報告
（中國粉體網編輯整理/空青）
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