北京天科合达半导体股份有限公司

北京天科合达半导体股份有限公司是一家专注于第三代半导体材料——碳化硅衬底及相关产品研发、生产和销售的高新技术企业,是国际知名、国内领先的碳化硅衬底生产商。目前公司拥有一个研发中心、三家全资子公司及一家控股公司(新疆天科合达蓝光半导体有限公司;沈阳天科合达半导体设备有限公司;江苏天科合达半导体有限公司;深圳市重投天科半导体有限公司)。以碳化硅作为的半导体器件具备耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点,可广泛应用于新能源汽车、光伏发电、储能、轨道交通、智能电网、工业电源、5G 通讯、无线电探测等现代工业领域,是当前半导体产业的重要发展方向。


1、主营业务基本情况

作为国内碳化硅衬底领域的技术引领者和产业化先驱,公司深耕碳化硅衬底材料的研发、生产和销售,建立了国内第一条碳化硅衬底中试生产线,是国内最早实现碳化硅衬底产业化的企业。在此基础上,公司不断突破大尺寸、高品质碳化硅材料制备的关键技术,相继实现 2 英寸至 8 英寸碳化硅衬底的成功研发以及 2 英寸至 6 英寸碳化硅衬底的规模化生产。公司下游客户覆盖了 Infineon、Onsemi、三安光电、中芯集成等众多知名半导体厂商。根据 Yole 统计,发行人 2021 年在全球导电型碳化硅衬底行业的市场占有率为 9%,排名国内第一、全球并列第四。在碳化硅衬底材料以外,公司稳步向碳化硅晶体生长设备、碳化硅外延领域拓展,不断完善产业链布局。经过持续多年的研发创新和技术积累,公司建立了覆盖“设备研制—原料合成—晶体生长—晶体切割—晶片加工—清洗检测—外延生长”等碳化硅材料生产全流程的核心技术体系,先后承担和参与国家科技支撑计划项目“宽带隙半导体材料碳化硅晶体产业化开发”、国家“02 专项”项目“线圈内置式大尺寸 SiC 单晶炉研发”、国家“863 计划”项目“LED 外延生长用 SiC 衬底制备技术研究”和“大尺寸 SiC 材料与器件的制造设备与工艺技术研究”、国家重点研发计划“大尺寸 SiC 单晶衬底制备产业化技术”等多项国家重大科研项目,牵头或参与起草《碳化硅单晶抛光片》等多项现行国家标准和行业标准。截至报告期末,公司在碳化硅材料及设备领域取得授权专利 73 项,其中境内发明专利 43 项、境外发明专利 7 项。公司已通过 IATF 16949 汽车行业质量管理体系认证,曾获得“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖等多项荣誉。

公司积极响应国家半导体产业的重大战略需求,聚焦于第三代半导体碳化硅材料领域,致力于成为国际领先的碳化硅材料供应商。公司坚持自主研发以持续提升技术实力,不断突破碳化硅衬底技术瓶颈,推进我国半导体关键材料供应安全的进程,为我国新材料、半导体产业的发展做出积极贡献。


2、主要产品及服务

碳化硅作为第三代半导体材料,与第一代、第二代半导体材料相比禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射能力强等优势,在新能源汽车、光伏发电、储能、轨道交通、5G 通讯等领域具有广阔的应用前景。公司建立了覆盖碳化硅材料全生产过程的核心技术体系,主要产品包括碳化硅衬底、碳化硅外延片、碳化硅单晶生长炉及其他碳化硅产品,形成碳化硅材料领域的完整业务布局。具体而言,公司自主生产碳化硅单晶生长炉,采用物理气相传输法(PVT)生长碳化硅晶体,加工制成导电型和半绝缘型碳化硅衬底,在衬底基础上采用化学气相沉淀法(CVD)生长碳化硅外延片。公司主要产品及应用情况如下:

(1)碳化硅衬底

碳化硅衬底是碳化硅晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成的单晶薄片。碳化硅衬底作为半导体衬底材料,经过外延生长、器件制造等环节,可制成碳化硅基功率器件和微波射频器件,是第三代半导体产业发展的重要基础材料。根据电阻率不同,碳化硅衬底可分为导电型和半绝缘型。其中,导电型碳化硅衬底主要用于制造耐高温、耐高压的功率器件,广泛应用于新能源汽车、光伏发电、储能、轨道交通等领域;半绝缘型碳化硅晶体主要用于制造微波射频器件,应用于 5G通讯、无线电探测等领域。

产品尺寸是碳化硅衬底的重要指标之一。扩大衬底尺寸能够提高下游器件的制造效率、降低器件生产成本,但衬底制备难度也将大幅提升。报告期内,公司完成了核心产品从 4 英寸向 6 英寸的升级,并于 2022 年成功研发 8 英寸衬底。

(2)碳化硅外延片

外延是指在衬底基础上,经过外延工艺生长出的特定单晶薄膜。碳化硅衬底和同质外延薄膜合称为碳化硅外延片。在碳化硅器件制造过程中,碳化硅衬底需要通过外延生长以进一步满足器件结构要求。因此,碳化硅外延也是碳化硅产业链的关键环节之一。

公司于 2020 年设立碳化硅外延经营主体重投天科,持续开展碳化硅外延研发工作,在外延层厚度、掺杂浓度均匀性和缺陷控制等关键技术上取得突破,目前已进入产品送样阶段。

(3)碳化硅单晶生长炉

碳化硅单晶生长炉是碳化硅晶体生长的核心设备,是规模化供应高品质碳化硅晶体的重要基础。公司深入研发晶体生长设备和生长工艺,持续改进和提升单晶生长炉的机械结构和控制系统,在满足自身产能扩张对设备配套需求的同时,对外销售生长炉设备,丰富收入来源。

(4)其他碳化硅产品

其他碳化硅产品主要系生产碳化硅衬底的中间产品,包括碳化硅晶体、碳化硅切割片等。公司生产的其他碳化硅产品除用于自身生产碳化硅衬底以外,少部分对外销售,主要应用于衬底制造、科研研究、设备研发测试、饰品生产等。