От 4-инча до 8-инча: десетилетие на растеж на SiC полупроводници

През 2013 г. индустрията попита дали силициевият карбид изобщо може да бъде комерсиализиран. Десет години по-късно SiC задвижва електромобили и възобновяема енергия – и истинската конкуренция се измести към материали, оборудване и добив на производство. За едно десетилетие пластините от SiC нараснаха от 4-инчови на 8-инчови, тъй като оборудването за епитаксия напредна постепенно. Освен самата пластина, CVD SiC покритията, твърдите CVD SiC и TaC покрития сега поддържат надеждна работа на високотемпературно, устойчиво на корозия оборудване. VETEK Semiconductor доставя и трите решения за материали за мащабно производство на SiC.

Десетилетието на трансформация на SiC: от лабораторен материал до основен мощен полупроводник

SiC се премести от обещаващ лабораторен материал през 2013 г. към масова технология, която е в основата на електромобилите, силовата електроника и преобразуването на енергия днес – и фокусът на индустрията се измести от доказването на технологията към овладяването на производството в мащаб.

Таблицата по-долу обобщава как приоритетите на SiC индустрията се промениха през последното десетилетие.

2013 срещу днес: Как се измести фокусът на SiC индустрията

Основното предизвикателство на комерсиализацията на SiC: технология за епитаксия

Оборудването за епитаксия винаги е било техническото затруднение за комерсиализацията на SiC — напредъкът на индустрията може да бъде проследен директно чрез еволюцията на реакторите за епитаксия, от ранните 6-инчови платформи до днешните автоматизирани 150 mm/200 mm системи.

През 2013 г. комерсиализацията на SiC се ускори и производителите на оборудване се състезаваха предимно около 6-инчовата (150 мм) възможност за епитаксия на SiC. Semiconductor Today съобщи за няколко представителни системи по това време:

Представително оборудване за епитаксия на SiC, 2013 г

Тези ранни системи са проектирани да решат четири проблема: постигане на 6-инчова SiC епитаксия, подобряване на еднородността на епитаксиалния слой, намаляване на плътността на дефектите и посрещане на нуждите от ранна комерсиализация на захранващи устройства.

Тъй като внедряването на EV, инфраструктурата за зареждане на EV, системите за слънчева енергия плюс съхранение и индустриалните пазари на енергия се разшириха бързо, търсенето на SiC устройства съответно нарасна – и оборудването за епитаксия се разви от платформи за научноизследователска и развойна дейност в малки партиди в системи от следващо поколение, създадени за широкомащабно производство. Днешните представителни платформи включват:

Представително SiC оборудване за епитаксия днес

От 4-инчови до 8-инчови: Как мащабирането на вафли намалява разходите и повишава производителността

Всяка стъпка нагоре в диаметъра на пластината от SiC - от 4 инча до 6 инча, а сега към 8 инча - съществува, за да увеличи производителността на пластина и да намали производствените разходи, а индустрията сега е в средата на прехода от 6 инча към 8 инча.

През 2013 г. индустрията на SiC настояваше да премине от 4-инчови към 6-инчови пластини. Компании, включително Cree, Dow Corning, Showa Denko и Norstel, всички разширяваха своя 6-инчов SiC субстрат и капацитет за епитаксия по това време. Целта за преминаване към по-големи пластини беше ясна: увеличаване на производителността на пластина, по-ниски производствени разходи и подобряване на скалируемостта в цялата индустрия.

Повече от десетилетие по-късно същата логика сега води до преминаването от 6-инчови към 8-инчови. GlobalWafers, третият по големина производител на силициеви пластини в света, заяви, че производството на 8-инчови SiC пластини в цялата индустрия ще се ускори рязко през 2025–2026 г. – преход, който се смяташе за нереалистичен само две години по-рано (GlobalWafers, 2023). Onsemi и Resonac също са се насочили към 2025 г. за квалифициране и увеличаване на 8-инчовите SiC субстрати и епитаксиални пластини (Compound Semiconductor News, 2024).

Какво се променя, когато пластините SiC станат по-големи

Тъй като диаметърът на пластината и изискванията за качество се покачват, материалите и компонентите на оборудването, използвани в целия производствен процес, станаха също толкова решаващи за прогреса на SiC, колкото и самите пластини.

Отвъд вафлата: Защо компонентите на оборудването са толкова важни, колкото SiC чиповете

SiC пластините, MOSFET и захранващите модули привличат по-голяма част от вниманието, но компонентите на оборудването в епитаксия и реакторите за растеж на кристали са изправени пред еднакво екстремни условия - и традиционният графит сам по себе си вече не е достатъчен, за да отговори на днешните изисквания.

Дискусиите на SiC индустрията обикновено се фокусират върху три неща: SiC пластини, SiC MOSFETs и захранващи модули. На практика компонентите на оборудването, използвани за производството им, са също толкова важни. В епитаксиални реактори, пещи за растеж на кристали и други високотемпературни полупроводникови процеси вътрешните компоненти трябва да издържат на:

• Среда с ултрависока температура

• Корозивни технологични газове като H₂ и HCl

• Строги изисквания за чистота, за да се избегне замърсяване на вафлата

Традиционният графит предлага силни топлинни характеристики, но при продължителна употреба е склонен към повърхностна корозия, генериране на частици и съкратен експлоатационен живот — всичко това пряко застрашава добива на пластини и последователността на процеса. Това е празнината, която CVD SiC технологията за покритие все повече се намесва, за да запълни.

CVD SiC покритие: Технологията зад надеждното високотемпературно оборудване

SiC епитаксия и SiC покритие са две различни технологии, обслужващи различни цели — епитаксия прави самия полупроводников материал, докато CVD SiC покритието защитава оборудването, което го произвежда.

SiC епитаксията се използва за производство на полупроводников материал. SiC CVD покритието, обратно, се прилага предимно върху критични вътрешни компоненти на полупроводниково оборудване, за да подобри тяхната устойчивост на висока температура и корозия.

SiC епитаксия срещу SiC покритие: Две различни технологии 

Как работи композитът графит + SiC

Графитните компоненти с покритие от CVD SiC вече се използват широко в оборудване за епитаксия на SiC, оборудване за MOCVD, оборудване за LED епитаксия и оборудване за термична обработка RTP/RTA. Отлагането на плътен SiC слой върху графит с висока чистота съчетава силните страни на двата материала:

Защо графит + SiC работи като композит

Разширени SiC материални решения на VETEK Semiconductor

Тъй като полупроводниците от трето поколение продължават да се мащабират, VETEK Semiconductor доставя три допълнителни решения за материали — CVD SiC покрит графит, Solid CVD SiC и TaC покрития — проектирани за специфичните топлинни и химични изисквания на SiC производственото оборудване.

CVD Графитни компоненти с SiC покритие

Графитните компоненти с CVD SiC покритие на VETEK се използват в SiC епитаксиални фиксатори, MOCVD носители, носители на вафли, полумесец компоненти и полупроводникови термични компоненти.

• SiC покритие с висока чистота

• Отлична термична равномерност

• Устойчивост на високи температури

• Силна устойчивост на корозия

VETEK CVD SiC покрити графитни компоненти за SiC епитаксия, MOCVD и термични приложения в полупроводници.

Твърди CVD SiC компоненти

За усъвършенствани процеси на ецване и високотемпературни процеси, Solid CVD SiC осигурява по-висока степен на производителност на материала. Типичните приложения включват пръстени за фокусиране, RTP/EPI компоненти и компоненти за плазмен процес.

• Плътна, непореста структура

• Изключително ниско генериране на частици

• Отлична устойчивост на плазма

• Дълъг експлоатационен живот

Твърди CVD SiC фокусни пръстени и плазмапроцесни компоненти за разширени приложения за ецване и RTP/EPI.

TaC решения за покритие

Тъй като температурите на растеж на кристалите SiC продължават да се повишават, покритията от танталов карбид (TaC) се превърнаха във важен материал за термични полета с ултрависока температура. TaC предлага по-висока температурна стабилност, отлична устойчивост на окисляване и изключителна химическа стабилност - подходяща за оборудване за растеж на кристали SiC, компоненти на високотемпературно термично поле и среда за производство на полупроводници от трето поколение.

Покрити с TaC компоненти с гореща зона, проектирани за растеж на кристали SiC при ултрависока температура.

Заедно тези три продуктови линии отговарят на различните термични и химични изисквания в производствената верига на SiC:

Три решения за SiC материали на VETEK с един поглед

Често задавани въпроси

1. Каква е разликата между SiC епитаксия и SiC покритие?

SiC епитаксия отглежда слой от кристален силициев карбид, за да направи полупроводникови пластини и устройства. SiC покритието (CVD SiC) отлага тънък, плътен слой SiC върху графит или други субстрати, за да защити компонентите на оборудването от топлина и корозия. Те служат за различни цели в една и съща производствена верига.

2. Защо графитът е покрит със SiC, вместо да се използва самостоятелно?

Голият графит има отлична топлопроводимост и стабилност, но той корозира и генерира частици, когато е изложен на високи температури и газове като H₂ и HCl с течение на времето. Плътното CVD SiC покритие добавя твърдост, химическа устойчивост и стабилност при висока температура, като същевременно запазва термичните характеристики на графита.

3. За какво се използва Solid CVD SiC?

Твърдият CVD SiC е напълно плътен, непорест материал от силициев карбид, използван в усъвършенствани процеси на ецване и високотемпературни процеси, включително пръстени за фокусиране, RTP/EPI компоненти и части за плазмен процес — приложения, които изискват изключително ниско генериране на частици и дълъг експлоатационен живот.

4. Защо растежът на кристали SiC се нуждае от TaC покрития?

Тъй като процесите на растеж на кристалите SiC тласкат към по-високи температури, компонентите на горещата зона се нуждаят от материали, които са устойчиви на окисление и остават химически стабилни при екстремна топлина. TaC покритията предлагат по-висока температурна стабилност от графита самостоятелно, което ги прави много подходящи за пещи за отглеждане на кристали SiC и компоненти на високотемпературно термично поле.

5. Защо индустрията преминава от 6-инчови към 8-инчови SiC пластини?

По-големите пластини увеличават броя на матриците на пластина, което намалява производствените разходи за чип и подобрява скалируемостта. Производителите на вафли и производителите на чипове вече квалифицират 8-инчови SiC субстрати и епитаксиални вафли, за да отговорят на нарастващото търсене от страна на електромобили, възобновяема енергия и индустриална силова електроника.

Резюме: Производството на SiC навлезе в ерата на конкуренцията в капацитета на процесите

Определящият въпрос на индустрията на SiC се промени - от това дали материалът може да бъде комерсиализиран до това колко ефективно, чисто и последователно може да бъде произведен в мащаб.

През 2013 г. основният въпрос на индустрията беше дали SiC изобщо може да бъде комерсиализиран. Днес, повече от десетилетие по-късно, този въпрос е: как продуктите от SiC могат да бъдат произведени с по-висока ефективност, по-малко дефекти и по-голяма стабилност?

Тъй като индустрията на SiC продължава да се разширява, по-големите диаметри на пластините, подобрената технология за епитаксия и оптимизираното производствено оборудване остават основните насоки на развитие на индустрията. В същото време CVD SiC покритията с висока чистота, твърдите CVD SiC и TaC материали се превръщат в ключови технологии за осигуряване на стабилност при производството на полупроводници.

VETEK Semiconductor остава фокусиран върху усъвършенствани полупроводникови материали, предоставяйки надеждни материални решения за епитаксия на SiC, растеж на кристали и производство на полупроводници при висока температура — подкрепяйки следващото поколение на полупроводниковата индустрия.

Относно VETEK Semiconductor

VETEK Semiconductor проектира и произвежда CVD SiC покрит графит, твърди CVD SiC и компоненти с TaC покритие за SiC епитаксия, MOCVD, растеж на кристали и високотемпературно полупроводниково оборудване. Тази статия е изготвена от инженерния екип на VETEK за материали, като се основава на отчетите за индустрията от Semiconductor Today и текущия пазарен анализ на SiC пластини и отразява прекия опит на VETEK в доставката на компоненти в производствените линии на SiC.

Посочени източници: Semiconductor Today (отраслова характеристика от 2013 г.); Публични изявления на GlobalWafers (2023); Compound Semiconductor News (2024); Анализ на цените на вафлите Patsnap Eureka SiC (2025 г.). Цифрите и спецификациите на оборудването за продуктите на VETEK се основават на вътрешна документация на продукта.