Nuo 4 colių iki 8 colių: SiC puslaidininkių augimo dešimtmetis

2013 m. pramonės atstovai paklausė, ar silicio karbidas apskritai gali būti parduodamas. Po dešimties metų SiC naudoja elektromobilius ir atsinaujinančią energiją, o tikroji konkurencija persikėlė į medžiagas, įrangą ir gamybos pajamingumą. Per dešimtmetį SiC plokštelės išaugo nuo 4 colių iki 8 colių, nes epitaksijos įranga buvo tobulinama. Be pačios plokštelės, CVD SiC dangos, Solid CVD SiC ir TaC dangos dabar užtikrina aukštos temperatūros, korozijai atsparios įrangos patikimą veikimą. VETEK Semiconductor tiekia visus tris medžiagų sprendimus, skirtus SiC gamybai.

SiC transformacijos dešimtmetis: nuo laboratorijos medžiagos iki pagrindinės galios puslaidininkių

2013 m. SiC iš daug žadančios laboratorinės medžiagos perėjo į pagrindinę technologiją, kuri šiandien yra elektromobilių, galios elektronikos ir energijos konvertavimo pagrindas – ir pramonės dėmesys nukrypo nuo technologijos įrodinėjimo prie gamybos masto įsisavinimo.

Žemiau esančioje lentelėje apibendrinama, kaip per pastarąjį dešimtmetį pasikeitė SiC pramonės prioritetai.

2013 m. prieš šiandieną: kaip pasikeitė SiC pramonės dėmesys

Pagrindinis SiC komercializavimo iššūkis: epitaksijos technologija

Epitaksinė įranga visada buvo techninė kliūtis SiC komercializuojant – pramonės pažangą galima tiesiogiai stebėti epitaksinių reaktorių raidoje, nuo ankstyvųjų 6 colių platformų iki šiandieninių automatizuotų 150 mm/200 mm sistemų.

2013 m. SiC komercializacija spartėjo, o įrangos gamintojai daugiausia konkuravo dėl 6 colių (150 mm) SiC epitaksijos galimybių. „Semiconductor Today“ pranešė apie kelias tuo metu reprezentatyvias sistemas:

Reprezentatyvi SiC epitaksijos įranga, 2013 m

Šios ankstyvosios sistemos buvo sukurtos siekiant išspręsti keturias problemas: pasiekti 6 colių SiC epitaksiją, pagerinti epitaksinio sluoksnio vienodumą, sumažinti defektų tankį ir patenkinti ankstyvo maitinimo įrenginių komercializavimo poreikius.

Sparčiai plečiantis elektromobiliams, elektromobilių įkrovimo infrastruktūrai, saulės energijos plius saugojimo sistemoms ir pramoninės energijos rinkoms, atitinkamai išaugo SiC įrenginių paklausa, o epitaksinė įranga iš mažų partijų MTTP platformų išsivystė į naujos kartos sistemas, sukurtas didelio masto gamybai. Šiandieninės reprezentacinės platformos apima:

Reprezentatyvi SiC epitaksijos įranga šiandien

Nuo 4 colių iki 8 colių: kaip plokštelių skalavimas sumažina išlaidas ir padidina našumą

Kiekvienas SiC plokštelės skersmens žingsnis – nuo ​​4 colių iki 6 colių, o dabar link 8 colių – yra skirtas padidinti vienos plokštelės našumą ir sumažinti gamybos sąnaudas, o pramonė šiuo metu pereina nuo 6 colių į 8 colius.

2013 m. SiC pramonė stengėsi pereiti nuo 4 colių į 6 colių plokšteles. Įmonės, įskaitant Cree, Dow Corning, Showa Denko ir Norstel, tuo metu plečia savo 6 colių SiC substratą ir epitaksijos pajėgumus. Tikslas pereiti prie didesnių plokštelių buvo aiškus: padidinti vienos plokštelės produkciją, sumažinti gamybos sąnaudas ir pagerinti mastelio keitimą visoje pramonės srityje.

Praėjus daugiau nei dešimtmečiui, ta pati logika dabar skatina perėjimą nuo 6 colių į 8 colius. „GlobalWafers“, trečia pagal dydį pasaulyje silicio plokštelių gamintoja, pareiškė, kad pramonės mastu 8 colių SiC plokštelių gamyba 2025–2026 m. smarkiai paspartės – šis perėjimas prieš dvejus metus buvo laikomas nerealus (GlobalWafers, 2023). „Onsemi“ ir „Resonac“ taip pat siekė 2025 m., kad atitiktų ir padidintų 8 colių SiC substratus ir epitaksines plokšteles (Compound Semiconductor News, 2024).

Kas pasikeičia, kai SiC plokštelės tampa didesnės

Didėjant plokštelių skersmens ir kokybės reikalavimams, gamybos procese naudojamos medžiagos ir įrangos komponentai tapo tokie pat lemiami SiC pažangai kaip ir pačios plokštelės.

Be vaflių: kodėl įrangos komponentai yra tokie pat svarbūs kaip SiC lustai

SiC plokštelės, MOSFET ir galios moduliai sulaukia daugiausia dėmesio, tačiau epitaksijos ir kristalų augimo reaktorių įrangos komponentai susiduria su vienodai ekstremaliomis sąlygomis – vien tradicinio grafito nebepakanka, kad atitiktų šiandienos reikalavimus.

Diskusijose apie SiC pramonę daugiausia dėmesio skiriama trims dalykams: SiC plokštelėms, SiC MOSFET ir galios moduliams. Praktikoje tokie pat svarbūs yra įrangos komponentai, naudojami joms gaminti. Epitaksiniuose reaktoriuose, kristalų auginimo krosnyse ir kituose aukštos temperatūros puslaidininkių procesuose vidiniai komponentai turi atlaikyti:

• Itin aukštos temperatūros aplinka

• Koroziją sukeliančios dujos, tokios kaip H₂ ir HCl

• Griežti švaros reikalavimai, kad būtų išvengta vaflio užteršimo

Tradicinis grafitas pasižymi stipriomis šiluminėmis savybėmis, tačiau ilgą laiką naudojant jis yra linkęs į paviršiaus koroziją, dalelių susidarymą ir sutrumpėjusį tarnavimo laiką – visa tai tiesiogiai kelia grėsmę plokštelių išeigai ir proceso nuoseklumui. CVD SiC dangos technologija vis labiau žengė į šią spragą.

CVD SiC danga: technologija, užtikrinanti patikimą aukštos temperatūros įrangą

SiC epitaksija ir SiC danga yra dvi skirtingos technologijos, skirtos skirtingiems tikslams – epitaksija pati gamina puslaidininkinę medžiagą, o CVD SiC danga apsaugo ją gaminančią įrangą.

SiC epitaksė naudojama puslaidininkinėms medžiagoms gaminti. SiC CVD danga, priešingai, pirmiausia taikoma svarbiausiems vidiniams puslaidininkinės įrangos komponentams, siekiant pagerinti jų atsparumą aukštai temperatūrai ir korozijai.

SiC epitaksija ir SiC danga: dvi skirtingos technologijos 

Kaip veikia grafito + SiC kompozitas

CVD SiC padengti grafito komponentai dabar plačiai naudojami SiC epitaksijos įrangoje, MOCVD įrangoje, LED epitaksijos įrangoje ir RTP / RTA terminio apdorojimo įrangoje. Tankaus SiC sluoksnio nusodinimas ant didelio grynumo grafito sujungia abiejų medžiagų stipriąsias puses:

Kodėl grafitas + SiC veikia kaip kompozitas

VETEK puslaidininkių pažangūs SiC medžiagų sprendimai

Trečiosios kartos puslaidininkiams ir toliau plečiantis, VETEK Semiconductor tiekia tris vienas kitą papildančius medžiagų sprendimus – CVD SiC dengtą grafitą, Solid CVD SiC ir TaC dangas – sukurtus specifiniams šiluminiams ir cheminiams SiC gamybos įrangos poreikiams.

CVD SiC padengti grafito komponentai

VETEK CVD SiC padengti grafito komponentai naudojami SiC epitaksijos susceptoriuose, MOCVD nešikliuose, plokštelių nešikliuose, pusmėnulio komponentuose ir puslaidininkiniuose šiluminiuose komponentuose.

• Aukšto grynumo SiC danga

• Puikus terminis vienodumas

• Stabilumas aukštoje temperatūroje

• Stiprus atsparumas korozijai

VETEK CVD SiC padengti grafito komponentai, skirti SiC epitaksijai, MOCVD ir puslaidininkių šiluminiams taikymams.

Kietieji CVD SiC komponentai

Pažangiems ėsdinimo ir aukštos temperatūros procesams „Solid CVD SiC“ užtikrina aukštesnį medžiagų našumą. Tipiškos programos yra fokusavimo žiedai, RTP/EPI komponentai ir plazminio proceso komponentai.

• Tanki, neakyta struktūra

• Itin mažas dalelių susidarymas

• Puikus atsparumas plazmai

• Ilgas tarnavimo laikas

Tvirti CVD SiC fokusavimo žiedai ir plazmaproceso komponentai, skirti pažangioms etch ir RTP/EPI programoms.

TaC dengimo sprendimai

SiC kristalų augimo temperatūrai ir toliau kylant, tantalo karbido (TaC) dangos tapo svarbia medžiaga itin aukštos temperatūros šiluminiams laukams. TaC užtikrina didesnį temperatūros stabilumą, puikų atsparumą oksidacijai ir išskirtinį cheminį stabilumą – tinka SiC kristalų auginimo įrangai, aukštos temperatūros šiluminio lauko komponentams ir trečiosios kartos puslaidininkių gamybos aplinkoms.

TaC padengti karštosios zonos komponentai, sukurti ypač aukštos temperatūros SiC kristalų auginimui.

Kartu šios trys produktų linijos atitinka skirtingus šiluminius ir cheminius poreikius visoje SiC gamybos grandinėje:

VETEK trys SiC medžiagų sprendimai

Dažnai užduodami klausimai

1. Kuo skiriasi SiC epitaksė ir SiC danga?

SiC epitaksė užaugina kristalinį silicio karbido sluoksnį, kad būtų galima gaminti puslaidininkines plokšteles ir prietaisus. SiC danga (CVD SiC) nusodina ploną, tankų SiC sluoksnį ant grafito ar kitų pagrindų, kad apsaugotų įrangos komponentus nuo karščio ir korozijos. Jie naudojami skirtingiems tikslams toje pačioje gamybos grandinėje.

2. Kodėl grafitas yra padengtas SiC, o ne naudojamas atskirai?

Grynas grafitas pasižymi puikiu šilumos laidumu ir stabilumu, tačiau laikui bėgant jis korozuoja ir generuoja daleles, kai jį veikia aukšta temperatūra ir dujos, pvz., H₂ ir HCl. Tanki CVD SiC danga padidina kietumą, cheminį atsparumą ir stabilumą aukštoje temperatūroje, kartu išsaugant grafito šilumines savybes.

3. Kam naudojamas Solid CVD SiC?

Kietas CVD SiC yra visiškai tanki, neakyta silicio karbido medžiaga, naudojama pažangiuose ėsdinimo ir aukštos temperatūros procesuose, įskaitant fokusavimo žiedus, RTP/EPI komponentus ir plazminio proceso dalis – tais atvejais, kuriems reikalingas itin mažas dalelių susidarymas ir ilgas tarnavimo laikas.

4. Kodėl SiC kristalų augimui reikia TaC dangų?

SiC kristalų augimo procesams kylant į aukštesnę temperatūrą, karštosios zonos komponentams reikia medžiagų, kurios atsparios oksidacijai ir išliktų chemiškai stabilios esant dideliam karščiui. TaC dangos pasižymi didesniu temperatūros stabilumu nei vien grafitas, todėl jos puikiai tinka SiC kristalų auginimo krosnims ir aukštos temperatūros šiluminio lauko komponentams.

5. Kodėl pramonė pereina nuo 6 colių į 8 colių SiC plokštelių?

Didesnės plokštelės padidina plokštelių skaičių, o tai sumažina lusto gamybos sąnaudas ir pagerina mastelį. Plokščių gamintojai ir lustų gamintojai dabar atitinka 8 colių SiC substratus ir epitaksines plokšteles, kad patenkintų augančią elektromobilių, atsinaujinančios energijos ir pramoninės galios elektronikos paklausą.

Santrauka: SiC gamyba įžengė į proceso pajėgumų konkurencijos erą

Pasikeitė pagrindinis SiC pramonės klausimas – nuo ​​to, ar medžiaga gali būti komercializuota, iki to, kaip efektyviai, švariai ir nuosekliai ją galima gaminti dideliu mastu.

2013 m. pagrindinis pramonės klausimas buvo, ar SiC apskritai galima komercializuoti. Šiandien, praėjus daugiau nei dešimtmečiui, toks klausimas tapo: kaip SiC gaminiai gali būti pagaminti su didesniu efektyvumu, mažiau defektų ir didesnio stabilumo?

SiC pramonei plečiantis, didesni plokštelių skersmenys, patobulinta epitaksijos technologija ir optimizuota gamybos įranga išlieka pagrindinėmis pramonės plėtros kryptimis. Tuo pačiu metu didelio grynumo CVD SiC dangos, kietas CVD SiC ir TaC medžiagos tampa pagrindinėmis technologijomis, užtikrinančiomis puslaidininkių gamybos stabilumą.

VETEK Semiconductor ir toliau daugiausia dėmesio skiria pažangioms puslaidininkinėms medžiagoms, teikdama patikimus medžiagų sprendimus SiC epitaksijai, kristalų auginimui ir aukštos temperatūros puslaidininkių gamybai – palaikydama naujos kartos puslaidininkių pramonę.

Apie VETEK Semiconductor

VETEK Semiconductor projektuoja ir gamina CVD SiC dengtą grafitu, kieto CVD SiC ir TaC dangos komponentus, skirtus SiC epitaksijai, MOCVD, kristalų auginimui ir aukštos temperatūros puslaidininkinei įrangai. Šį straipsnį parengė VETEK medžiagų inžinierių komanda, remdamasi „Semiconductor Today“ pramonės ataskaitomis ir dabartine SiC plokštelių rinkos analize, ir atspindi tiesioginę VETEK patirtį tiekiant komponentus į SiC gamybos linijas.

Nuorodos šaltiniai: „Semiconductor Today“ (2013 m. pramonės ypatybė); „GlobalWafers“ vieši pareiškimai (2023 m.); „Comound Semiconductor News“ (2024 m.); Patsnap Eureka SiC plokštelių kainų analizė (2025). VETEK produktų skaičiai ir įrangos specifikacijos yra pagrįstos vidine gaminio dokumentacija.