全球寬能隙半導體設備產業的機遇與挑戰

前言

全球碳化矽(SiC)半導體設備市場正處於快速成長階段。根據研調機構的最新數據，2023年碳化矽物理氣相傳輸(PVT)設備的開放市場規模為2.23億美元，預計到2029年將成長到4.2億美元。同時，2023年碳化矽晶圓加工設備市場為37億美元，到2029年將達到44億美元，累計商機高達300億美元 [1]。

這種高速成長主要由以下幾個因素驅動:

1. 晶圓尺寸擴大: 碳化矽晶圓正從6吋向8吋過渡，以降低成本和提高產量。這一趨勢推動了新一代大尺寸晶體生長設備和加工設備的需求[4,7, 15]。
2. 高溫製程需求: 碳化矽元件製造涉及多個 高溫製程步驟，如離子植入需在500°C以上進行。這對設備的耐熱性和穩定性提出了更高要求，刺激了專用高溫設備的發展。[2, 12]
3. 精密材料檢測: 碳化矽晶體生長和加工過程容易產生缺陷，需要精密的材料檢測設備。這推動了非破壞性檢測技術和設備的創新[8, 16]。

地緣政治影響: 中國正積極推動碳化矽設備國產化，預計未來幾年中國的碳化矽產能將顯著成長。這一趨勢加劇了全球設備市場的競爭[1, 3]。

應用領域擴大: 碳化矽元件在電動車、5G 通訊基礎設施、再生能源等領域的應用不 斷擴大，帶動了上游設備需求的成長[2, 11, 15]。

技術創新: 新型單晶生長技術、薄膜沉積技術、精密加工技術不斷湧現，推動了設備的更新換代[6, 9, 10, 15]。

儘管成長迅速，碳化矽設備市場規模相對於傳統矽基半導體設備市場仍然較小。然而，各大設備廠商已經認識到這一市場的巨大潛力，紛紛加大研發投入，搶占市場先機。未來幾年，隨著碳化矽元件在各應用領域的滲透率不斷提高，設備市場有望保持高速成長態勢。

全球碳化矽半導體關鍵技術分析

碳化矽半導體製程設備涉及多個關鍵技術領域，每個領域都面臨獨特的挑戰和機遇。以下是對主要技術領域的詳細分析：

1. 單晶生長技術

物理氣相傳輸(PVT)法是目前碳化矽單晶生長的主流方法。主要基板供應商包括Wolfspeed、Coherent(II-VI)、TankeBlue 等[1, 7]。PVT 法的關鍵挑戰包括：

• 缺陷控制： 微管缺陷(MPD, Micropipe Defect)、螺旋差排(TSD, Threading Screw Dislocation)、刃差排(TED, Threading Edge Dislocation)、基面差排(BPD, Basal Plane Dislocation)和堆疊層錯(Stacking Faults)等是影響晶圓品質的主要因素，缺陷控制是碳化矽單晶生長的重要挑戰。因為這些缺陷會降低載子遷移率和電導率，增加漏電流，降低崩潰電壓，縮短元件壽命[7, 8]。
• 大尺寸晶體生長：8吋甚至更大尺寸晶圓的生長是未來發展趨勢，有助於降低成本。然而，隨著晶體尺寸增大，溫度場和應力場的控制變得更加困難 [4, 7]。
• 摻雜控制：精確控制摻雜濃度和均勻性對於實現高性能元件至關重要[7, 12]。未來技術發展方向包括：優化熱場設計，改進原料純化技術，開發新型缺陷抑制方法，以及探索新的晶體生長方法，如：液相法等。