碳化硅衬底制备环节较多，国产化进展有限。
碳化硅衬底的制备首先由高纯硅、碳粉在高温下合成 SiC 微粉后，通过 物理气相沉积法（PVT）生长成为晶锭，之后加工得到标准直径尺寸的 碳化硅晶体，再经过切磨抛工艺获得表面无损伤的碳化硅抛光片。
1.原料合成
首先将高纯硅粉和高纯碳粉按工艺配方均匀混合，在 2,000℃以上的高 温条件下，于反应腔室内通过特定反应及去除杂质合成碳化硅颗粒后， 经过破碎、筛分、清洗等工序制得高纯度碳化硅粉原料。粉料是晶体生 长的原料，其粒度和纯度都会直接影响晶体质量。目前衬底厂商均可自 行生产高纯度碳化硅粉料。
21.2.晶体生长
PVT 法是产业化合成碳化硅晶体的主流方法。碳化硅晶体生长方法主要 有物理气相传输法（PVT）、液相外延法（LPE）和高温化学气相沉积法 （HT-CVD）。LPE 法具有质量高、缺陷少等特点，但目前主要用于实验 室生长的小尺寸晶体，技术还不成熟且多为日本住友独家掌握。PVT 法 和 HT-CVD 法均可用于商业化生产，PVT 法相较于 HT-CVD 法具有设 备简单、设备价格低、操作容易控制等特点，是用于商业化生产晶体的 主流方法，90%的衬底厂商均选择 PVT 法制备晶体。
PVT 法长晶条件苛刻，工艺还需时间优化。PVT 法长晶需要在 2,300° C 以上高温、接近真空的低压下的密闭生长腔室加热碳化硅粉料，通过 气相升华和温场控制使升华的组分在籽晶表面再结晶得到碳化硅单晶。 该环节对工艺要求极高，目前面临的主要技术挑战包括：1）在高温且密闭腔室内进行反应，极易发生不同晶型之间的转化，难以得到所需的 特定晶型；2）生长速度仅为 0.2-0.3mm/h，7 天才能生长 2cm 左右，而 硅棒拉晶速度可达 30-150mm/h，只需 2-3 天便可拉出约 2m 的 8 英寸硅 棒；
3）难以控制碳化硅晶体内部杂质浓度；4）由于坩埚内部温度分布 不均引发的缺陷。在此领域深耕 35 年的 Wolfspeed 技术领先，所生长出 的晶锭厚度为 5-6cm。国内对长晶环节所涉及到材料学、物理、化学等 领域的配比以及对热场设计等参数控制的经验不足，所生长出的晶锭厚 度仅为 2cm，且良率仅为 50%，因此仍需较长时间来累积经验。
1.3.晶锭加工
首先将碳化硅晶锭使用 X 射线单晶定向仪进行定向，之后通过精密机 械加工的方式加工成标准直径尺寸和角度的碳化硅晶锭。
1.4.晶锭切割
切割是加工碳化硅最关键的工艺，占整个加工成本的 50%以上。该过程 需要使用切割技术及设备将碳化硅晶锭切割成厚度不超过 1mm 的晶片， 要求翘曲度小、厚度均匀、良率高。由于碳化硅硬度大、易脆裂的特性， 晶锭切割难度大、磨损率高。碳化硅的切割技术包括砂浆线切割、金刚 线切割和激光切割三种，其中金刚线切割技术是主流。
2.1.5.晶片研磨、抛光、清洗
晶片研磨通过不同颗粒粒径的金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平整 度和粗糙度，去除切割过程中造成的碳化硅切片表面的刀痕以及表面损 伤层。 晶片抛光的目的是进一步提高晶片的表面质量，得到表面无损伤的碳化 硅抛光片。碳化硅晶片抛光主要有机械抛光和化学机械抛光方法，其中 化学机械抛光方法是目前实现碳化硅晶片全局平坦化最有效的方法。晶片清洗碳化硅晶片表面的污染物。以清洗药剂和纯水对碳化硅抛光片 进行清洗处理，去除抛光片上残留的抛光液等表面沾污物，再通过超高 纯氮气和甩干机将晶片吹干、甩干。
碳化硅衬底产业链主要包括碳化硅粉料合成炉、单晶生长炉、切片机、 研磨机、抛光机设备。由于碳化硅材料对仪器的精度和稳定性要求高， 切片机、研磨机和抛光机设备依然以进口为主，正在逐步国产化。
2.1.碳化硅粉料合成炉
碳化硅粉料合成炉用于原料合成环节，以制备高纯度粉料。此环节工艺 和设备相对简单，价值量较低。国外主要厂商包括 Wolfspeed、Aymont 等，合成粉体纯度可达 99.9995%。国内主要为中国电科二所、山东天岳、 天科合达和中科院硅酸盐所等，平均粉体纯度为 99.999%。
2.2.单晶生长炉
单晶生长炉用于晶体生长环节，基本实现国产化。单晶生长炉是使用 PVT 法长晶的主要设备，由于长晶环节对工艺的要求高，目前长晶炉单 台产能效率较低且提升速度缓慢。以天岳先进为例，2021 年其长晶炉的 单台年产能约为 115 片，同比增速仅为 3.6%。长晶环节的壁垒主要体现 在工艺而非设备，并且长晶炉成本可控，价值量不超过 100 万元，因此 该设备多为衬底制造厂商自主研发。
2.3.切片机
切片机用于碳化硅晶锭切割，由于碳化硅硬度大、易脆裂的特性，晶锭 切割难度大、易磨损，对设备稳定性的要求非常高。国际主流切割技术 多为金刚线多线切割，其中日本高鸟的金刚石多线切割机占据 80%以上 市场份额。国内衬底厂商中超 90%使用砂浆切割，金刚线多线切割机目 前国产化率低，处于逐渐替代砂浆切割的过程中，高测股份于 2022 年 率先出货 12 台首款高速碳化硅金刚线切片专机。激光切割技术设备多 为进口，价格昂贵，国内大族激光、德龙激光和英诺激光正在积极研发， 国产化后有望大幅降价。
2.4.研磨机、抛光机
研磨机与抛光机分别用于晶片研磨和抛光环节，设备多为进口。研磨机 和抛光机与硅材料设备类似，但需根据碳化硅材料硬脆的特征做相应的 调整，如研磨机需要采用专用的研磨液，抛光机需采用专用的抛光垫和 抛光液。研磨机和抛光机的主要厂商基本重叠，国际以日本不二越、韩 国 NTS、美国斯德堡等领先，国内厂商主要有中电科四十五所、湖南宇 晶、苏州赫瑞特等。由于国内设备难以达到做到高精度精磨抛光要求，目前设备以进口为主。
