Da 4 pollici a 8 pollici: un decennio di crescita dei semiconduttori SiC

Nel 2013 l’industria si è chiesta se il carburo di silicio potesse essere commercializzato. Dieci anni dopo, il SiC alimenta i veicoli elettrici e le energie rinnovabili e la vera competizione si è spostata sui materiali, sulle attrezzature e sulla resa produttiva. In un decennio, i wafer SiC sono cresciuti da 4 pollici a 8 pollici man mano che le apparecchiature per l'epitassia avanzavano di pari passo. Oltre al wafer stesso, i rivestimenti CVD SiC, Solid CVD SiC e TaC ora mantengono il funzionamento affidabile delle apparecchiature resistenti alla corrosione e alle alte temperature. VETEK Semiconductor fornisce tutte e tre le soluzioni di materiali per la produzione SiC in scala.

Il decennio di trasformazione del SiC: da materiale da laboratorio a semiconduttore di potenza mainstream

Il SiC è passato da un promettente materiale di laboratorio nel 2013 a una tecnologia tradizionale alla base dei veicoli elettrici, dell’elettronica di potenza e della conversione dell’energia oggi – e l’attenzione del settore si è spostata dalla sperimentazione della tecnologia alla padronanza della produzione su larga scala.

La tabella seguente riassume come sono cambiate le priorità del settore SiC negli ultimi dieci anni.

2013 rispetto a oggi: come è cambiata l'attenzione del settore SiC

La sfida principale della commercializzazione del SiC: la tecnologia dell'epitassia

Le apparecchiature per l'epitassia hanno sempre rappresentato il collo di bottiglia tecnico per la commercializzazione del SiC: i progressi del settore possono essere monitorati direttamente attraverso l'evoluzione dei reattori epitassia, dalle prime piattaforme da 6 pollici agli odierni sistemi automatizzati da 150 mm/200 mm.

Nel 2013, la commercializzazione del SiC stava accelerando e i produttori di apparecchiature competevano principalmente per la capacità epitassia del SiC da 6 pollici (150 mm). Semiconductor Today ha riferito su diversi sistemi rappresentativi dell'epoca:

Attrezzatura rappresentativa per l'epitassia SiC, 2013

Questi primi sistemi sono stati progettati per risolvere quattro problemi: ottenere un'epitassia SiC da 6 pollici, migliorare l'uniformità dello strato epitassiale, ridurre la densità dei difetti e soddisfare le esigenze della commercializzazione anticipata dei dispositivi di potenza.

Con la rapida espansione dell’adozione dei veicoli elettrici, delle infrastrutture di ricarica, dei sistemi di accumulo solare e dei mercati dell’energia industriale, la domanda di dispositivi SiC è cresciuta di conseguenza e le apparecchiature epitassia si sono evolute da piattaforme di ricerca e sviluppo di piccoli lotti in sistemi di prossima generazione costruiti per la produzione su larga scala. Le piattaforme rappresentative di oggi includono:

Attrezzatura rappresentativa per l'epitassia SiC, oggi

Da 4 pollici a 8 pollici: come il ridimensionamento dei wafer riduce i costi e aumenta la produttività

Ogni incremento nel diametro dei wafer SiC – da 4 pollici a 6 pollici, e ora verso 8 pollici – serve ad aumentare la produzione per wafer e ridurre i costi di produzione, e l’industria è ora nel mezzo della transizione da 6 pollici a 8 pollici.

Nel 2013, l’industria del SiC stava spingendo per passare dai wafer da 4 pollici a quelli da 6 pollici. All'epoca aziende tra cui Cree, Dow Corning, Showa Denko e Norstel stavano tutte espandendo il loro substrato SiC da 6 pollici e la capacità di epitassia. L’obiettivo del passaggio a wafer più grandi era semplice: aumentare la produzione per wafer, ridurre i costi di produzione e migliorare la scalabilità a livello di settore.

Più di un decennio dopo, la stessa logica sta ora guidando il passaggio da 6 pollici a 8 pollici. GlobalWafers, il terzo produttore mondiale di wafer di silicio, ha dichiarato che la produzione di wafer SiC da 8 pollici a livello di settore subirà una forte accelerazione nel periodo 2025-2026, una transizione considerata irrealistica solo due anni prima (GlobalWafers, 2023). Anche Onsemi e Resonac hanno mirato al 2025 per la qualificazione e l’implementazione dei substrati SiC da 8 pollici e dei wafer epitassiali (Compound Semiconductor News, 2024).

Cosa cambia quando i wafer SiC diventano più grandi

Poiché il diametro dei wafer e i requisiti di qualità aumentano, i materiali e i componenti delle apparecchiature utilizzati durante il processo di produzione sono diventati decisivi per il progresso del SiC tanto quanto i wafer stessi.

Oltre il wafer: perché i componenti delle apparecchiature sono importanti tanto quanto i chip SiC

Wafer SiC, MOSFET e moduli di potenza attirano la maggior parte dell'attenzione, ma i componenti delle apparecchiature all'interno dei reattori epitassiaci e a crescita di cristalli devono affrontare condizioni altrettanto estreme e la grafite tradizionale da sola non è più sufficiente per soddisfare i requisiti odierni.

Le discussioni sul settore SiC tendono a concentrarsi su tre aspetti: wafer SiC, MOSFET SiC e moduli di potenza. In pratica, i componenti delle apparecchiature utilizzate per produrli sono altrettanto importanti. All'interno dei reattori epitassiaci, dei forni per la crescita dei cristalli e di altri processi con semiconduttori ad alta temperatura, i componenti interni devono resistere a:

• Ambienti a temperatura ultraelevata

• Gas di processo corrosivi come H₂ e HCl

• Rigorosi requisiti di pulizia per evitare la contaminazione del wafer

La grafite tradizionale offre elevate prestazioni termiche, ma in caso di utilizzo prolungato è soggetta a corrosione superficiale, generazione di particelle e durata di servizio ridotta, tutti fattori che minacciano direttamente la resa del wafer e la coerenza del processo. Questa è la lacuna che la tecnologia di rivestimento CVD SiC è sempre più intervenuta per colmare.

Rivestimento CVD SiC: la tecnologia alla base di apparecchiature affidabili per alte temperature

L'epitassia SiC e il rivestimento SiC sono due tecnologie distinte che servono scopi diversi: l'epitassia produce il materiale semiconduttore stesso, mentre il rivestimento SiC CVD protegge l'apparecchiatura che lo produce.

L'epitassia SiC viene utilizzata per produrre materiale semiconduttore. Il rivestimento SiC CVD, al contrario, viene applicato principalmente ai componenti interni critici delle apparecchiature a semiconduttore, per migliorarne la resistenza alle alte temperature e alla corrosione.

Epitassia SiC vs. rivestimento SiC: due diverse tecnologie 

Come funziona il composito Grafite + SiC

I componenti in grafite rivestita in SiC CVD sono ora ampiamente utilizzati nelle apparecchiature per epitassia SiC, nelle apparecchiature MOCVD, nelle apparecchiature per epitassia LED e nelle apparecchiature per trattamento termico RTP/RTA. Il deposito di un denso strato di SiC su grafite ad elevata purezza combina i punti di forza di entrambi i materiali:

Perché Grafite + SiC Funzionano come Composito

Soluzioni avanzate di materiali SiC di VETEK Semiconductor

Mentre i semiconduttori di terza generazione continuano a crescere, VETEK Semiconductor fornisce tre soluzioni di materiali complementari: grafite rivestita in SiC CVD, SiC solido CVD e rivestimenti TaC, progettati per le specifiche esigenze termiche e chimiche delle apparecchiature di produzione SiC.

Componenti in grafite rivestita in SiC CVD

I componenti in grafite rivestiti CVD SiC di VETEK sono utilizzati nei suscettori epitassia SiC, trasportatori MOCVD, trasportatori wafer, componenti Halfmoon e componenti termici a semiconduttore.

• Rivestimento SiC di elevata purezza

• Eccellente uniformità termica

• Stabilità alle alte temperature

• Forte resistenza alla corrosione

Componenti in grafite rivestita SiC VETEK CVD per applicazioni termiche con epitassia SiC, MOCVD e semiconduttori.

Componenti SiC CVD solidi

Per processi di incisione avanzati e ad alta temperatura, Solid CVD SiC offre prestazioni del materiale di livello superiore. Le applicazioni tipiche includono anelli di messa a fuoco, componenti RTP/EPI e componenti di processo al plasma.

• Struttura densa e non porosa

• Generazione di particelle estremamente bassa

• Eccellente resistenza al plasma

• Lunga durata

Anelli di messa a fuoco e plasma CVD SiC solidicomponenti di processo per applicazioni avanzate di incisione e RTP/EPI.

Soluzioni di rivestimento TaC

Poiché le temperature di crescita dei cristalli SiC continuano ad aumentare, i rivestimenti in carburo di tantalio (TaC) sono diventati un materiale importante per i campi termici ad altissima temperatura. Il TaC offre una maggiore stabilità alla temperatura, un'eccellente resistenza all'ossidazione e un'eccezionale stabilità chimica, adatto per apparecchiature per la crescita di cristalli SiC, componenti per campi termici ad alta temperatura e ambienti di produzione di semiconduttori di terza generazione.

Componenti per zone calde rivestiti in TaC progettati per la crescita di cristalli SiC a temperature ultra elevate.

Insieme, queste tre linee di prodotti rispondono alle diverse esigenze termiche e chimiche riscontrate nella catena di produzione del SiC:

Le tre soluzioni di materiali SiC di VETEK in sintesi

Domande frequenti

1. Qual è la differenza tra epitassia SiC e rivestimento SiC?

L'epitassia SiC fa crescere uno strato di carburo di silicio cristallino per realizzare wafer e dispositivi semiconduttori. Il rivestimento SiC (CVD SiC) deposita uno strato sottile e denso di SiC su grafite o altri substrati per proteggere i componenti delle apparecchiature dal calore e dalla corrosione. Hanno scopi diversi all'interno della stessa catena di produzione.

2. Perché la grafite viene rivestita con SiC anziché utilizzata da sola?

La grafite nuda ha un'eccellente conduttività termica e stabilità, ma nel tempo si corrode e genera particelle se esposta a temperature elevate e gas come H₂ e HCl. Un denso rivestimento CVD SiC aggiunge durezza, resistenza chimica e stabilità alle alte temperature preservando le prestazioni termiche della grafite.

3. A cosa serve il SiC Solid CVD?

Il SiC CVD solido è un materiale in carburo di silicio completamente denso e non poroso utilizzato in processi avanzati di incisione e ad alta temperatura, inclusi anelli di messa a fuoco, componenti RTP/EPI e parti di processi al plasma, applicazioni che richiedono una generazione di particelle estremamente bassa e una lunga durata.

4. Perché la crescita dei cristalli SiC necessita di rivestimenti TaC?

Poiché i processi di crescita dei cristalli SiC spingono verso temperature più elevate, i componenti delle zone calde necessitano di materiali che resistano all’ossidazione e rimangano chimicamente stabili in condizioni di calore estremo. I rivestimenti TaC offrono una stabilità alla temperatura più elevata rispetto alla sola grafite, rendendoli particolarmente adatti ai forni per la crescita dei cristalli SiC e ai componenti del campo termico ad alta temperatura.

5. Perché l'industria sta passando dai wafer SiC da 6 pollici a quelli da 8 pollici?

I wafer più grandi aumentano il numero di stampi per wafer, riducendo così i costi di produzione per chip e migliorando la scalabilità. I produttori di wafer e chip stanno ora qualificando substrati SiC da 8 pollici e wafer epitassiali per soddisfare la crescente domanda di veicoli elettrici, energie rinnovabili ed elettronica di potenza industriale.

Riepilogo: La produzione di SiC è entrata nell'era della competizione sulla capacità di processo

La domanda fondamentale del settore del SiC è cambiata: dalla possibilità di commercializzare il materiale all'efficienza, pulizia e coerenza con cui può essere prodotto su larga scala.

Nel 2013 la domanda centrale del settore era se il SiC potesse essere commercializzato. Oggi, più di un decennio dopo, la domanda è diventata: come si possono realizzare prodotti SiC con maggiore efficienza, meno difetti e maggiore stabilità?

Mentre il settore del SiC continua ad espandersi, diametri di wafer più grandi, tecnologia epitassia migliorata e attrezzature di produzione ottimizzate rimangono le direzioni principali dello sviluppo del settore. Allo stesso tempo, i rivestimenti CVD SiC di elevata purezza, i materiali Solid CVD SiC e TaC stanno diventando tecnologie chiave per garantire la stabilità della produzione di semiconduttori.

VETEK Semiconductor rimane focalizzata sui materiali semiconduttori avanzati, fornendo soluzioni materiali affidabili per l'epitassia SiC, la crescita dei cristalli e la produzione di semiconduttori ad alta temperatura, supportando la prossima generazione dell'industria dei semiconduttori.

Informazioni su VETEK Semiconductor

VETEK Semiconductor progetta e produce componenti di rivestimento in grafite rivestita in SiC CVD, SiC solido CVD e TaC per epitassia SiC, MOCVD, crescita di cristalli e apparecchiature a semiconduttore ad alta temperatura. Questo articolo è stato preparato dal team di ingegneria dei materiali di VETEK, basandosi sui report di settore di Semiconductor Today e sull'attuale analisi di mercato dei wafer SiC, e riflette l'esperienza diretta di VETEK nella fornitura di componenti nelle linee di produzione di SiC.

Fonti di riferimento: Semiconductor Today (funzione di settore del 2013); Dichiarazioni pubbliche di GlobalWafer (2023); Notizie sui semiconduttori composti (2024); Analisi dei prezzi dei wafer SiC Patsnap Eureka (2025). I dati e le specifiche delle apparecchiature per i prodotti VETEK si basano sulla documentazione interna del prodotto.