De la 4-inch la 8-inch: un deceniu de creștere a semiconductorilor SiC

În 2013, industria a întrebat dacă carbura de siliciu ar putea fi comercializată. Zece ani mai târziu, SiC alimentează vehiculele electrice și energia regenerabilă – iar concurența reală s-a mutat către materiale, echipamente și randamentul de producție. Într-un deceniu, napolitanele SiC au crescut de la 4 inci la 8 inci, pe măsură ce echipamentul de epitaxie a avansat în pas. Dincolo de napolitana în sine, acoperirile CVD SiC, straturile CVD SiC solid și TaC mențin acum echipamentele rezistente la coroziune la temperaturi înalte să funcționeze în mod fiabil. VETEK Semiconductor furnizează toate cele trei soluții de materiale pentru fabricarea la scară SiC.

Deceniul de transformare SiC: de la material de laborator la semiconductor de putere principal

SiC a trecut de la un material de laborator promițător în 2013 la o tehnologie de bază care stă la baza vehiculelor electrice, a electronicii de putere și a conversiei energiei în prezent - iar accentul industriei s-a mutat de la demonstrarea tehnologiei la stăpânirea producției la scară.

Tabelul de mai jos rezumă modul în care prioritățile industriei SiC s-au schimbat în ultimul deceniu.

2013 vs. astăzi: cum sa schimbat accentul industriei SiC

Provocarea principală a comercializării SiC: tehnologia epitaxiei

Echipamentul de epitaxie a reprezentat întotdeauna blocajul tehnic pentru comercializarea SiC - progresul industriei poate fi urmărit direct prin evoluția reactoarelor de epitaxie, de la platformele de 6 inci timpurii până la sistemele automate de 150 mm/200 mm de astăzi.

În 2013, comercializarea SiC se accelera, iar producătorii de echipamente au concurat în principal în jurul capacității de epitaxie SiC de 6 inchi (150 mm). Semiconductor Today a raportat despre mai multe sisteme reprezentative la acea vreme:

Echipament de epitaxie SiC reprezentativ, 2013

Aceste sisteme timpurii au fost concepute pentru a rezolva patru probleme: obținerea epitaxiei SiC de 6 inchi, îmbunătățirea uniformității stratului epitaxial, scăderea densității defectelor și satisfacerea nevoilor de comercializare timpurie a dispozitivelor de putere.

Pe măsură ce adoptarea vehiculelor electrice, infrastructura de încărcare a vehiculelor electrice, sistemele solare plus stocare și piețele de energie industrială s-au extins rapid, cererea pentru dispozitive SiC a crescut în consecință – iar echipamentele de epitaxie au evoluat de la platforme de cercetare și dezvoltare cu loturi mici la sisteme de generație următoare construite pentru producția la scară largă. Platformele reprezentative de astăzi includ:

Echipament reprezentativ de epitaxie SiC, astăzi

De la 4 inch la 8 inch: cum scalarea napolitanelor reduce costurile și crește producția

Fiecare pas în creștere în diametrul plachetei de SiC - de la 4 inchi la 6 inchi, iar acum la 8 inchi - există pentru a crește producția per napolitană și a reduce costul de producție, iar industria se află acum în mijlocul tranziției de la 6 inci la 8 inchi.

În 2013, industria SiC a făcut eforturi pentru a trece de la napolitane de 4 inci la 6 inci. Companii, inclusiv Cree, Dow Corning, Showa Denko și Norstel, își extindeau cu toții substratul SiC de 6 inchi și capacitatea de epitaxie la acea vreme. Scopul trecerii la wafer-uri mai mari a fost simplu: creșterea producției pe wafer, reducerea costurilor de producție și îmbunătățirea scalabilității la nivel de industrie.

După mai bine de un deceniu, aceeași logică conduce acum trecerea de la 6 inchi la 8 inchi. GlobalWafers, al treilea cel mai mare producător de napolitane de siliciu din lume, a declarat că producția de napolitane SiC de 8 inci la nivel de industrie va accelera brusc până în 2025–2026 – o tranziție care a fost considerată nerealistă cu doar doi ani mai devreme (GlobalWafers, 2023). Onsemi și Resonac au vizat, de asemenea, 2025 pentru calificarea și creșterea substraturilor SiC de 8 inchi și a plachetelor epitaxiale (Compound Semiconductor News, 2024).

Ce se schimbă atunci când napolitanele SiC devin mai mari

Pe măsură ce diametrul plăcilor și cerințele de calitate cresc, materialele și componentele echipamentelor utilizate pe parcursul procesului de fabricație au devenit la fel de decisive pentru progresul SiC ca și napolitanele în sine.

Dincolo de napolitană: de ce componentele echipamentelor contează la fel de mult ca cipurile SiC

Plachetele SiC, MOSFET-urile și modulele de putere atrag cea mai mare atenție, dar componentele echipamentelor din interiorul reactoarelor de epitaxie și de creștere a cristalelor se confruntă cu condiții la fel de extreme - iar grafitul tradițional nu mai este suficient pentru a îndeplini cerințele actuale.

Discuțiile despre industria SiC tind să se concentreze pe trei lucruri: wafer-uri SiC, MOSFET-uri SiC și module de putere. În practică, componentele echipamentelor folosite la fabricarea acestora sunt la fel de importante. În reactoarele de epitaxie, cuptoarele de creștere a cristalelor și alte procese semiconductoare la temperatură înaltă, componentele interne trebuie să reziste:

• Medii cu temperaturi ultra-înalte

• Gaze de proces corozive precum H₂ și HCl

• Cerințe stricte de curățenie pentru a evita contaminarea napolitanei

Grafitul tradițional oferă performanțe termice puternice, dar o utilizare îndelungată este predispus la coroziunea suprafeței, generarea de particule și durata de viață scurtă - toate acestea amenință direct randamentul plachetelor și consistența procesului. Acesta este decalajul pe care tehnologia de acoperire CVD SiC a pășit din ce în ce mai mult pentru a-l închide.

Acoperire CVD SiC: tehnologia din spatele echipamentelor fiabile de înaltă temperatură

Epitaxia SiC și acoperirea SiC sunt două tehnologii distincte care servesc scopuri diferite - epitaxia face materialul semiconductor în sine, în timp ce acoperirea CVD SiC protejează echipamentul care îl produce.

Epitaxia SiC este utilizată pentru fabricarea materialului semiconductor. În schimb, acoperirea SiC CVD este aplicată în primul rând pe componentele interne critice ale echipamentelor semiconductoare, pentru a le îmbunătăți rezistența la temperaturi ridicate și la coroziune.

Epitaxia SiC vs. Acoperirea SiC: două tehnologii diferite 

Cum funcționează compozitul Grafit + SiC

Componentele de grafit acoperite cu CVD SiC sunt acum utilizate pe scară largă în echipamentele de epitaxie SiC, echipamentele MOCVD, echipamentele de epitaxie LED și echipamentele de tratament termic RTP/RTA. Depunerea unui strat dens de SiC pe grafit de înaltă puritate combină punctele forte ale ambelor materiale:

De ce grafitul + SiC funcționează ca un compozit

Soluții avansate de materiale SiC de la VETEK Semiconductor

Pe măsură ce semiconductorii de a treia generație continuă să se extindă, VETEK Semiconductor furnizează trei soluții de materiale complementare - grafit acoperit cu CVD SiC, acoperiri CVD SiC solid și TaC - concepute pentru cerințele termice și chimice specifice ale echipamentelor de producție SiC.

Componente din grafit acoperit cu CVD SiC

Componentele de grafit acoperite cu CVD SiC ale VETEK sunt utilizate în susceptori de epitaxie SiC, purtători MOCVD, purtători de napolitane, componente Halfmoon și componente termice semiconductoare.

• Acoperire SiC de înaltă puritate

• O uniformitate termică excelentă

• Stabilitate la temperaturi ridicate

• Rezistență puternică la coroziune

Componente de grafit VETEK CVD SiC acoperite pentru epitaxie SiC, MOCVD și aplicații termice semiconductoare.

Componente solide CVD SiC

Pentru procese avansate de gravare și de temperatură înaltă, Solid CVD SiC oferă un grad mai ridicat de performanță a materialului. Aplicațiile tipice includ inele de focalizare, componente RTP/EPI și componente de proces cu plasmă.

• Structură densă, neporoasă

• Generare extrem de scăzută de particule

• Rezistență excelentă la plasmă

• Durată lungă de viață

Inele de focalizare CVD SiC solide și plasmăcomponente de proces pentru aplicații avansate de etch și RTP/EPI.

Soluții de acoperire TaC

Pe măsură ce temperaturile de creștere a cristalelor de SiC continuă să crească, acoperirile cu carbură de tantal (TaC) au devenit un material important pentru câmpurile termice la temperaturi ultra-înalte. TaC oferă stabilitate la temperatură mai ridicată, rezistență excelentă la oxidare și stabilitate chimică remarcabilă - potrivit pentru echipamentele de creștere a cristalelor SiC, componentele de câmp termic la temperatură înaltă și mediile de producție de semiconductori de a treia generație.

Componente din zonă fierbinte acoperite cu TaC concepute pentru creșterea cristalelor de SiC la temperaturi ultra-înalte.

Împreună, aceste trei linii de produse abordează diferitele cerințe termice și chimice întâlnite în lanțul de producție SiC:

Cele trei soluții de materiale SiC de la VETEK pe scurt

Întrebări frecvente

1. Care este diferența dintre epitaxia SiC și acoperirea cu SiC?

Epitaxia SiC crește un strat de carbură de siliciu cristalin pentru a face plăci și dispozitive semiconductoare. Acoperirea SiC (CVD SiC) depune un strat subțire și dens de SiC pe grafit sau alte substraturi pentru a proteja componentele echipamentului de căldură și coroziune. Acestea servesc unor scopuri diferite în cadrul aceluiași lanț de producție.

2. De ce grafitul este acoperit cu SiC în loc să fie folosit singur?

Grafitul nu are o conductivitate termică și o stabilitate excelente, dar corodează și generează particule atunci când este expus la temperaturi ridicate și la gaze precum H₂ și HCl în timp. Un strat dens CVD SiC adaugă duritate, rezistență chimică și stabilitate la temperaturi ridicate, păstrând în același timp performanța termică a grafitului.

3. Pentru ce se utilizează Solid CVD SiC?

CVD solid SiC este un material complet dens, neporos din carbură de siliciu, utilizat în procese avansate de gravare și temperatură înaltă, inclusiv inele de focalizare, componente RTP/EPI și piese de procesare cu plasmă - aplicații care necesită o generare extrem de scăzută de particule și o durată lungă de viață.

4. De ce creșterea cristalelor de SiC are nevoie de acoperiri TaC?

Pe măsură ce procesele de creștere a cristalelor de SiC împing spre temperaturi mai ridicate, componentele din zona fierbinte au nevoie de materiale care să reziste la oxidare și să rămână stabile chimic la căldură extremă. Acoperirile TaC oferă o stabilitate la temperatură mai mare decât grafitul singur, făcându-le bine potrivite pentru cuptoarele de creștere a cristalelor de SiC și componentele câmpului termic la temperatură înaltă.

5. De ce trece industria de la napolitane SiC de 6 inci la 8 inchi?

Napolitanele mai mari cresc numărul de matrițe per plachetă, ceea ce scade costul de producție per cip și îmbunătățește scalabilitatea. Producătorii de napolitane și producătorii de cipuri califică acum substraturi SiC de 8 inchi și plachete epitaxiale pentru a satisface cererea în creștere din partea vehiculelor electrice, a energiei regenerabile și a electronicii industriale de putere.

Rezumat: SiC Manufacturing a intrat în era competiției privind capacitatea de proces

Întrebarea definitorie a industriei SiC s-a schimbat - de la dacă materialul ar putea fi comercializat, până la cât de eficient, curat și consecvent poate fi fabricat la scară.

În 2013, întrebarea centrală a industriei a fost dacă SiC ar putea fi comercializat deloc. Astăzi, mai mult de un deceniu mai târziu, întrebarea a devenit: cum pot fi fabricate produsele SiC cu o eficiență mai mare, mai puține defecte și o stabilitate mai mare?

Pe măsură ce industria SiC continuă să se extindă, diametrele mai mari ale plachetelor, tehnologia de epitaxie îmbunătățită și echipamentele de producție optimizate rămân direcțiile de bază ale dezvoltării industriei. În același timp, acoperirile de înaltă puritate CVD SiC, Solid CVD SiC și materialele TaC devin tehnologii cheie pentru asigurarea stabilității producției de semiconductori.

VETEK Semiconductor rămâne concentrat pe materiale semiconductoare avansate, oferind soluții de materiale fiabile pentru epitaxia SiC, creșterea cristalelor și producția de semiconductori la temperatură înaltă - susținând următoarea generație a industriei semiconductoarelor.

Despre VETEK Semiconductor

VETEK Semiconductor proiectează și produce componente de acoperire cu grafit CVD SiC, Solid CVD SiC și TaC pentru epitaxie SiC, MOCVD, creșterea cristalelor și echipamente semiconductoare de înaltă temperatură. Acest articol a fost pregătit de echipa de inginerie a materialelor a VETEK, bazându-se pe rapoartele din industrie de la Semiconductor Today și pe analiza actuală a pieței plachetelor SiC și reflectă experiența directă a VETEK în furnizarea de componente în liniile de producție SiC.

Surse la care se face referire: Semiconductor Today (funcția industriei 2013); Declarații publice GlobalWafers (2023); Compound Semiconductor News (2024); Analiza prețului napolitanelor Patsnap Eureka SiC (2025). Cifrele și specificațiile echipamentelor pentru produsele VETEK se bazează pe documentația internă a produsului.