半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业研究报告

一、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的相关基本概念

（一）半导体设备零部件行业的基本概况

半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于其零部件的技术突破。精密零部件不仅是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，也是我国半导体设备发展较薄弱的环节之一。半导体设备零部件处于半导体产业链上游位置，下游包括半导体设备厂商和晶圆厂商。半导体设备厂商在设备生产阶段需要采购各种通用、定制化零部件，安装、调试后对外销售；而晶圆厂商采购的零部件通常为使用寿命较短的零部件、备件，用于生产线上持续使用的设备的定期更换。

根据中银证券研究报告，参考半导体设备上市公司的财务数据，半导体设备零部件及原材料的采购成本占半导体设备企业营业成本的80%-90%，且半导体设备企业的毛利率普遍在40%-60%之间，即营业成本占营业收入的比重平均在50%左右，因此半导体设备零部件及其他原材料市场规模相当于全球半导体设备市场规模的40%-45%范围内，其中半导体零部件占据大部分。据SEMI 预计2022 年全球半导体设备市场规模有望达到1,175 亿美元，由此推测全球半导体零部件的市场规模估计400 亿美元左右。半导体设备零部件市场空间广阔。

半导体设备零部件种类繁多，不同零部件功能和技术难点差异较大，整体市场竞争格局较为分散，但主要细分市场内部集中度极高，主要被美日欧等海外厂商占据，各细分领域龙头供应商大多是专长于单一或少数品类。

按照主要材料不同，半导体设备零部件可以分为硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件等。其中，碳化硅件和石墨件，目前国产化率较低。

（二）半导体设备用碳化硅零部件的基本概况

1、碳化硅零部件行业的基本概况

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。其中，志橙半导体的碳化硅涂层石墨零部件及实体碳化硅零部件产品均属于CVD 法制备的β-SiC 产品。

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

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（CVD SiC）、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。其中，志橙半导体生产销售的碳化硅涂层石墨零部件产品及研发的实体碳化硅零部件均为采用化学气相沉积法制作的CVD 碳化硅产品，目前正在研发的烧结碳化硅零部件为反应烧结及重结晶烧结碳化硅产品。

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

各类工艺制备的碳化硅与其他材料参数差异如下表所示：

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

注1：纯度指对物质所含杂质（元素、化合物或本身同系物）多寡的量度。

注2：密度指对特定体积内的质量的度量。

注3：孔隙率指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。

注4：热传导率指对物质导热能力的量度，是指当温度垂直向下梯度为1℃/m 时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。

注5：弯曲强度是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力。

注6：弹性模数指材料弹性应变为1 时的弹性应力。

注7：热膨胀系数（线）指量度固体材料热膨胀程度的物理量，是单位长度的物体，温度升高一定温度时，其长度的相对变化量。

可以看出相比其他材料部件，碳化硅材料零部件具备密度高、热传导率高、弯曲强度大、弹性模数大等特性，能够适应晶圆外延、刻蚀等制造环节的强腐蚀性、超高温的恶劣反应环境，因此广泛应用于外延生长设备、刻蚀设备、氧化/扩散/退火设备等主要半导体设备。

2、CVD 碳化硅零部件行业的基本概况

（1）CVD 碳化硅的相关基本概念

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，该工艺经常被半导体制造领域用于在晶圆表面形成薄膜。在CVD 法制备碳化硅的过程中，基板暴露在一个或多个挥发性前驱体中，这些前驱体在基板表面发生化学反应，沉积生成所需的碳化硅沉积物。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，且该方法具有较强的工艺可控性。

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

CVD 碳化硅材料因其具有出色的热、电和化学性质的独特组合，使其非常适合在需要高性能材料的半导体行业应用。CVD 碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD 设备、Si 外延设备和SiC 外延设备、快速热处理设备等领域。

整体来看，CVD 碳化硅零部件最大细分市场为刻蚀设备零部件。由于CVD 碳化硅对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性，使其成为等离子体刻蚀设备聚焦环等部件的理想材料。刻蚀设备中CVD 碳化硅零部件包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等。以聚焦环为例，聚焦环是放置在晶圆外部、直接接触晶圆的重要部件，通过将电压施加到环上以聚焦通过环的等离子体，从而将等离子体聚焦在晶圆上以提高加工的均匀性。传统的聚焦环由硅或石英制成，随着集成电路微型化推进，集成电路制造对于刻蚀工艺的需求量、重要性不断增加，刻蚀用等离子体功率、能量持续提高，尤其是电容耦合（CCP）等离子体刻蚀设备中所需等离子体能量更高，因此碳化硅材料制备的聚焦环使用率越来越高。

CVD 碳化硅聚焦环原理图如下所示：

来源：QY Research、高禾投资研究中心

（2）CVD 碳化硅零部件全球市场规模

根据QY Research 数据统计及预测，2022 年全球CVD 碳化硅零部件市场规模达到8.13 亿美元，预计2028 年将达到14.32 亿美元，年复合增长率（CAGR）为9.89%。

来源：QY Research、高禾投资研究中心

（3）CVD 碳化硅零部件中国市场规模

根据QY Research 数据统计及预测，2022 年中国CVD 碳化硅零部件市场规模达到2.00 亿美元，预计2028 年将达到4.26 亿美元，年复合增长率（CAGR）为13.44%。

来源：QY Research、高禾投资研究中心

3、烧结碳化硅零部件行业的基本概况

高纯烧结碳化硅零部件是集成电路热处理装备反应腔内不可或缺的零部件，主要包含立式舟（Vertical Boat）、底座（Pedestal）、衬炉管（Liner Tubes）、内炉管（Inner Tubes）和隔热挡板（Baffle Plates）等，具体使用形态如下：

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

日本京瓷集团、美国阔斯泰等国外公司占据了全球集成电路设备用高纯烧结碳化硅市场大部分市场份额，其相关产品具有材料体系齐全、性能优异、结构复杂、加工精度高等特点，可以为光刻机、等离子刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备等集成电路核心设备提供专用组件。我国在半导体设备用烧结碳化硅零部件的研发、应用方面起步较晚，在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。

志橙股份制备高纯烧结碳化硅的主要方法为反应烧结和重结晶烧结法。反应烧结碳化硅是将碳化硅粉、碳源粉和有机结合剂按比例混合，压制成素胚，后经浸渗高温熔融硅，熔融硅在表面张力的作用下沿着毛细管渗入素坯，反应生成β-SiC，并与素胚中原有的α-SiC 相结合，同时游离硅填充毛细管与气孔，从而得到高致密性的材料。

来源：《碳化硅陶瓷材料的制备工艺和应用研究进展》、高禾投资研究中心

志橙股份基于自身在CVD 碳化硅的技术积累，将反应烧结法与CVD 法相结合来制备碳化硅产品，即在反应烧结制备的碳化硅制品表面制备CVD 膜层，可以解决反应烧结材料物相不单一的问题。同时，因为碳化硅膜层的微观结构随基底材料的不同而发生变化，在一定膜层厚度范围内，与石墨基底相比，以反应烧结碳化硅为基底，通过CVD 法制备的碳化硅膜层硬度值更高。

二、半导体设备碳化硅（SiC）零部件行业的产业链分析

半导体设备碳化硅零部件行业属于半导体产业链最上游，对于产业链具有重要影响，其客户主要为半导体设备厂、外延片厂及晶圆厂，相关半导体设备主要用于制备功率器件、LED 芯片、集成电路、光伏等产品，主要可用于新能源汽车、LED、消费电子、光伏等终端市场。

半导体设备碳化硅零部件行业整体产业链位置如下图所示：

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

（一）功率器件及新能源汽车市场

功率器件又称电子电力器件，主要为用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件，主要包括IGBT、MOSFET 等。其中，志橙半导体SiC 外延设备零部件应用于SiC 外延片制造环节，其下游应用主要为碳化硅基功率器件；志橙半导体Si 外延设备零部件应用于Si 外延片制造环节，下游部分产品也可用于硅基功率器件。

相比传统硅基半导体，碳化硅材料具有卓越的物理性质，可满足在高压（高击穿电场强度、高禁带宽度）、高温（高热导率、高禁带宽度）、高频（高饱和电子漂移速率）等环境下工作的需求并拥有更高的功率密度和更低的导通损耗，因此被广泛用于制作适应高压大功率的电力电子装置。

受新能源汽车、5G 网络通信、轨道交通等下游市场蓬勃发展影响，目前碳化硅功率器件商业化落地速度较快，据Yole 预测，全球碳化硅功率器件市场规模将从2021 年的11 亿美元增长至2027 年的63 亿美元。从应用领域看，未来新能源汽车领域的应用将会主导该市场，至2027 年该领域应用市场将占全球碳化硅功率器件市场的79%。

来源：Yole report、高禾投资研究中心

作为电力电子转换器件，碳化硅功率器件在新能源汽车产业存在五个主要应用场景包括电机控制器、车载充电机、直流-直流变换器、空调系统以及充电桩。由此看出，新能源汽车的发展将成为未来碳化硅功率器件的主要驱动力。

（二）LED 芯片及LED 市场

LED 是利用半导体二极管的电致发光效应，将电能转化为光能，使像素单元实现主动发光的器件。

LED 产业链结构如下图：

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

碳化硅涂层石墨基座为MOCVD 设备零部件，用于承载单晶衬底在MOCVD 反应腔中生长外延层。

根据CSA Research 报告，2021 年中国LED 产业总产值约为7,773 亿元，增速约10.8%，其中，上游外延片及芯片规模为305 亿元，中游封装规模为916 亿元，下游应用规模为6,552 亿元。下游应用中通用照明是最大的应用市场，占比约46%；显示屏是第二大应用市场，市场占比约15%；背光市场占比约8%；汽车照明占比2%，呈上升趋势。随着Mini/Micro LED 技术进步，Mini/Micro LED、车用LED、紫外/红外LED 为代表的细分领域市场需求进一步扩大，新一轮行业驱动力已形成。

（三）集成电路及消费电子市场

集成电路芯片制造现已成为各行各业实现信息化、智能化的基础与核心，是支撑国家经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，集成电路及下游产业链如下图：

来源：上市公司公告、高禾投资研究中心

Si 外延设备零部件应用于Si 外延片制造环节，Si 外延片可以用于制备集成电路、分立器件；聚焦环等刻蚀设备零部件、碳化硅炉管等热处理设备零部件即用于集成电路前道设备芯片制造环节。

中国半导体集成电路产业虽起步较晚，但凭借巨大的市场需求、经济的稳定发展和有利的政策环境等众多优势条件，已成为全球集成电路行业增长的主要驱动力。近年来，随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升