CVD碳化硅涂层石墨市场分析

碳化硅（SiC）作为重要的高端精密半导体材料，由于具有良好的耐高温、耐腐蚀性、耐磨性、高温力学性、抗氧化性等特性，在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域具有广阔的应用前景。

碳化硅零部件，即以碳化硅及其复合材料为主要材料的设备零部件，被广泛应用于外延生长、等离子体刻蚀、快速热处理、薄膜沉积、氧化/扩散、离子注入等主要半导体制造环节的设备中。根据晶体结构不同，碳化硅主要分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC等。

资料来源：深圳志橙招股说明书

根据制造工艺不同，碳化硅零部件可分为化学气相沉积碳化硅、反应烧结碳化硅、重结晶烧结碳化硅、常压烧结碳化硅、热压烧结碳化硅、热等静压烧结碳化硅等。

化学气相沉积（CVD）是一种用于生产高纯度固体材料的真空沉积工艺，主要用于在晶圆表面形成薄膜。在制备碳化硅材料的众多方法中，化学气相沉积法制备的产品具有较高的均匀性和纯度，工艺可控性较强。

资料来源：深圳志橙招股说明书

CVD碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD设备、硅（Si）外延设备和碳化硅（SiC）外延设备、快速热处理设备等领域。根据碳化硅零部件产品的产品形态和制备工艺等差异，CVD碳化硅零部件具体可分为碳化硅涂层零部件产品和实体碳化硅零部件产品。其中，碳化硅涂层零部件产品主要是以石墨为基材在其表面沉积碳化硅涂层并加工制造形成的零部件，典型产品是半导体外延生长用碳化硅涂层石墨托盘。实体碳化硅零部件产品则是生长的纯实体块状碳化硅材料上加工形成的零部件，典型产品是半导体刻蚀环、静电吸盘等产品。

■ 碳化硅涂层石墨托盘

晶圆外延生长是通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，将超纯气体注入反应器中并精细计量，使之在升高的温度下结合以引起化学相互作用，以非常薄的原子层沉积到半导体晶片上，形成材料和化合物半导体的外延。

资料来源：行研小组整理

在CVD设备中，衬底不能直接放在金属或者简单放置在某个底座上面进行外延沉积，因为会受到多方面的影响。因此，需要用到一个基座，将衬底放置在盘上，再利用CVD技术在衬底上面进行外延沉积，这个基座就是碳化硅涂层石墨基座（又叫做托盘）。

石墨基座是MOCVD设备中的核心部件之一，是衬底基片的承载体和发热体，其热稳定性、热均匀性等性能参数决定薄膜材料的均匀性和纯度，因此其品质直接影响外延片的制备，同时随着使用次数增加、工况环节变化，又极容易损耗，属于高频耗材。

但是，纯石墨基座会出现腐蚀掉粉现象，大大降低石墨基座的使用寿命，同时掉落的石墨粉体也会对芯片造成污染，而涂层技术能够提供表面粉体固定、增强热导率、均衡热分布，成为主流解决方案。

碳化硅（SiC）具有高的热力学稳定性、良好的导热性、高的电子迁移率、抗氧化、耐腐蚀、与石墨材料相近的热膨胀系数等诸多优异性能，是石墨基座表面涂层的首选材料。碳化硅涂层石墨托盘所需的石墨通常为等静压细颗粒结构特种石墨材料，与普通石墨相比，具有更高的技术性能要求，目前我国高品质电子级石墨主要从日本、德国企业进口。

■ 实体碳化硅刻蚀环

等离子刻蚀是常用的刻蚀方式之一，通常刻蚀发生在真空反应腔室（chamber）内，通常在电极外设置附件的圆环，用于增大下电极表面积。刻蚀环的形状、结构、位置材料均对基片边缘区域的电场分布、温度分布产生重要影响。随着刻蚀难度和次数增加，传统硅环耐磨性已经无法满足工艺要求。CVD碳化硅具有硬度高、耐腐蚀性、耐等离子体、寿命长、几乎不产生颗粒等特性，逐步成为刻蚀环的主要材料。

与碳化硅石墨托盘在石墨表面涂0.1微米的碳化硅涂层不同，刻蚀环则是纯实体碳化硅，厚度在2.8-12毫米之间，因此比碳化硅涂层石墨托盘工艺技术难度更高。

资料来源：行研小组整理

投资图谱

资料来源：行研小组整理

半导体CVD碳化硅零部件产业的上游是半导体用高端石墨以及CVD设备。其中，碳化硅涂层石墨件作为高等级的石墨原材料，长期被欧美公司所垄断，属于“卡脖子”领域，行业主要供应商有日本日朋碳素、德国西格里等。国内目前赛迈科、芯科新材也可以少量供应，但国产石墨基体尚不能充分满足MOCVD设备对碳化硅涂层石墨基座的使用要求。碳化硅涂层石墨托盘用CVD设备也基本被国外厂商所垄断，主要有法国MPA、德国FCT等，国内仅有湖南德智等少数厂家具备自主设计、组装和调试能力。

半导体CVD碳化硅零部件企业位于产业链的中游，从上游采购石墨进行高精密加工后，利用CVD设备在石墨表层生长碳化硅保护层，然后将涂层产品销售给下游客户。下游主要是外延和刻蚀领域的设备商和应用商。其中，外延领域又具体细分为LED、硅基和碳化硅等三个领域。

市场规模

碳化硅涂层石墨盘为芯片衬底提供结构支撑，保证芯片材料稳定可靠生长，是半导体芯片制造过程中一种必不可少且直接接触芯片产品的关键耗材；碳化硅刻蚀环作为刻蚀机腔体的关键部件，也具有较大应用需求。随着下游各细分领域产能的增长和半导体制造技术的不断提高，CVD碳化硅零部件产品具有广阔的市场应用空间。据初步测算，到2025年，我国半导体CVD碳化硅零部件市场容量近70亿元。

■ LED外延石墨托盘市场空间

根据中商情报网数据，2020年我国LED芯片总产能约为1060万片/月，2021年我国LED芯片产能达1598万片/月。预计2020-2023年年均复合增长率达到18.1%。

除传统照明用LED芯片外，Mini/MicroLED作为新一代核心显示技术，具备低功耗、高集成、高显示、长寿命等优良特性，呈现蓬勃发展态势。我国Mini-LED市场2020-2026年有望以50%的年均复合增速增长至431亿元，将进入需求爆发阶段。Mini-LED背光对LED芯片需求较传统背光大大提升，随之将带来相关耗材的用量的快速增长。假设2025年LED设备稼动率为80%，那么可推算出2023年LED行业用碳化硅涂层耗材的市场规模约为20.9亿人民币。

■ 碳化硅外延石墨托盘市场空间

因碳化硅（SiC）优异的材料特性和应用功能特性，碳化硅器件特别适合光伏逆变器、新能源汽车、工业驱动及轻轨牵引等需大功率电源转换的应用。其中，新能源车是最大下游应用，随着未来800V高电压平台的推出，在大功率、大电流条件下减少损耗、增大效率和减小器件尺寸，电机控制器的主驱逆变器将从硅基IGBT替换为碳化硅基MOS模块。

根据Yole数据，2021年新能源车和光伏应用领域占全球碳化硅市场的77%，预计2027年将达到86%，按照市场占比以1.9%的年均复合增长率提升，2025年新能源车和光伏应用领域占全球碳化硅器件市场的83%，以两者碳化硅市场空间推算，可得2025年全球碳化硅器件市场空间达627.8亿元，碳化硅衬底市场空间达188.4亿元，折合6英寸碳化硅衬底需求量为495万片。碳化硅外延片的需求增长将直接拉动碳化硅石墨件耗材的需求量。据推算，2025年碳化硅石墨耗材件市场规模约为24.75亿人民币。

■ 硅基外延石墨托盘市场空间

近年来，受益于下游功率器件、模拟芯片市场规模的高速增长，硅基外延片的市场需求持续扩张。未来，随着越来越多智能终端及可穿戴设备的推出，新能源汽车、5G通信、物联网等新应用的普及，IGBT、MOSFET等功率器件及CIS、PMIC等模拟芯片产品的使用需求和应用范围均将进一步扩大，硅基外延片的市场需求将持续增长。

基于我国半导体市场的现实需求，以及当前贸易摩擦下建设自主可控半导体产业链的迫切需要，我国发展半导体产业链的决心更为坚定。截至2022年底，在建及运行的12英寸芯片厂产能超过170万片/月，晶圆厂产能建设保持强劲增长。下游8英寸、12英寸晶圆厂产能的扩充叠加国产替代的现实需要，将拉动国产半导体硅片需求的快速增长。

根据SEMI预测，2025年我国8英寸晶圆产能增长将达66%，领先全球，产能将达到180万片/月，那么可推算出2025年国内Si外延片耗材市场规模约为12亿。

■ 实体刻蚀环市场空间

据行业了解，约40%-50%的12英寸线刻蚀机台匹配碳化硅刻蚀环，随着3D存储及多层刻蚀应用需求增加，未来碳化硅刻蚀环的渗透率将逐步提升。按照刻蚀设备年均8%的增速测算，2025年我国碳化硅刻蚀环的市场空间为10.7亿元。

发展现状及竞争格局

目前，半导体设备用碳化硅零部件领域整体呈现高度垄断的市场竞争格局。市场上碳素巨头技术领先、产品线丰富，以荷兰塞卡、东海碳素、崇德昱博、西格里碳素、东洋炭素等为代表的传统国外供应商占据全球及中国市场的主要份额。我国半导体设备用碳化硅零部件国产化率较低，本土厂商起步较晚，且整体处于追赶国外状态，仍有较大发展空间，且CVD碳化硅零部件行业集中度较高。我国碳化硅涂层石墨盘需求基本依靠进口满足，2020年国产化率仅为3.4%。

国内碳化硅刻蚀环市场也被国外厂商垄断，其中，韩国TCK占80%市场份额，美国CoorsTek占20%市场份额。目前，国内行业发展处于初期，目前各家规模相对较小，具备量产能力企业少。国内厂商逐步开始进入半导体碳化硅（SiC）零部件市场，但是各家成立时间、量产出货时间相对较晚，一方面受限于目前市场占有释放速度，产品验证周期较长。另外一方面由于市场处于初期，各家产线正在规划布局中，能够形成量产供应能力的相对较少。