Van 4-inch tot 8-inch: een decennium van groei van SiC-halfgeleiders

In 2013 vroeg de industrie zich af of siliciumcarbide überhaupt op de markt kon worden gebracht. Tien jaar later drijft SiC elektrische voertuigen en hernieuwbare energie aan – en de echte concurrentie is verschoven naar materialen, apparatuur en productieopbrengst. In tien jaar tijd groeiden SiC-wafels van 4 inch naar 8 inch naarmate de epitaxieapparatuur steeds verder vooruit ging. Naast de wafer zelf zorgen CVD SiC-coatings, Solid CVD SiC en TaC-coatings er nu voor dat apparatuur die bestand is tegen hoge temperaturen, corrosiebestendig blijft werken. VETEK Semiconductor levert alle drie materiaaloplossingen voor geschaalde SiC-productie.

SiC's decennium van transformatie: van laboratoriummateriaal tot reguliere stroomhalfgeleiders

SiC is in 2013 overgegaan van een veelbelovend laboratoriummateriaal naar een mainstream-technologie die vandaag de dag ten grondslag ligt aan elektrische auto's, vermogenselektronica en energieconversie. De focus van de industrie is verschoven van het bewijzen van de technologie naar het beheersen van de productie op grote schaal.

De onderstaande tabel vat samen hoe de prioriteiten van de SiC-industrie de afgelopen tien jaar zijn veranderd.

2013 versus vandaag: hoe de focus van de SiC-industrie is verschoven

De kernuitdaging van de commercialisering van SiC: epitaxietechnologie

Epitaxieapparatuur is altijd het technische knelpunt geweest voor de commercialisering van SiC. De vooruitgang van de industrie kan rechtstreeks worden gevolgd via de evolutie van epitaxiereactoren, van vroege 6-inch platforms tot de huidige geautomatiseerde 150 mm/200 mm-systemen.

In 2013 versnelde de commercialisering van SiC en concurreerden apparatuurfabrikanten vooral rond de capaciteit van 6 inch (150 mm) SiC-epitaxy. Semiconductor Today rapporteerde destijds over verschillende representatieve systemen:

Representatieve SiC-epitaxieapparatuur, 2013

Deze vroege systemen zijn ontworpen om vier problemen op te lossen: het bereiken van 6-inch SiC-epitaxie, het verbeteren van de uniformiteit van de epitaxiale laag, het verlagen van de defectdichtheid en het voldoen aan de behoeften van de vroege commercialisering van elektrische apparaten.

Naarmate de adoptie van elektrische voertuigen, de EV-laadinfrastructuur, zonne-energie-plus-opslagsystemen en industriële energiemarkten snel groeiden, groeide de vraag naar SiC-apparaten dienovereenkomstig – en epitaxieapparatuur evolueerde van kleine R&D-platforms naar systemen van de volgende generatie, gebouwd voor grootschalige productie. De representatieve platforms van vandaag zijn onder meer:

Representatieve SiC-epitaxieapparatuur, vandaag

Van 4 inch naar 8 inch: hoe waferschaling de kosten verlaagt en de output verhoogt

Elke stap omhoog in de diameter van de SiC-wafer – van 4 inch naar 6 inch, en nu richting 8 inch – is bedoeld om de productie per wafer te verhogen en de productiekosten te verlagen, en de industrie bevindt zich nu midden in de transitie van 6 inch naar 8 inch.

In 2013 drong de SiC-industrie aan op de overstap van 4-inch naar 6-inch wafers. Bedrijven als Cree, Dow Corning, Showa Denko en Norstel waren destijds allemaal hun 6-inch SiC-substraat- en epitaxiecapaciteit aan het uitbreiden. Het doel van de overstap naar grotere wafers was eenvoudig: de output per wafer verhogen, de productiekosten verlagen en de schaalbaarheid in de hele sector verbeteren.

Meer dan een decennium later zorgt diezelfde logica nu voor de verschuiving van 6-inch naar 8-inch. GlobalWafers, de op twee na grootste fabrikant van siliciumwafels ter wereld, heeft verklaard dat de sectorbrede productie van 8-inch SiC-wafels tussen 2025 en 2026 sterk zou versnellen – een transitie die slechts twee jaar eerder als onrealistisch werd beschouwd (GlobalWafers, 2023). Onsemi en Resonac hebben zich eveneens op 2025 gericht voor het kwalificeren en opvoeren van 8-inch SiC-substraten en epitaxiale wafers (Compound Semiconductor News, 2024).

Wat verandert er als SiC-wafels groter worden?

Naarmate de eisen op het gebied van de diameter en de kwaliteit van de wafels toenemen, zijn de materialen en apparatuurcomponenten die tijdens het productieproces worden gebruikt, net zo bepalend geworden voor de vooruitgang van SiC als de wafels zelf.

Beyond the Wafer: waarom apparatuurcomponenten net zo belangrijk zijn als SiC-chips

SiC-wafers, MOSFET's en stroommodules krijgen de meeste aandacht, maar de apparatuurcomponenten in epitaxie- en kristalgroeireactoren worden geconfronteerd met even extreme omstandigheden - en traditioneel grafiet alleen is niet langer voldoende om aan de hedendaagse eisen te voldoen.

Discussies in de SiC-industrie concentreren zich meestal op drie dingen: SiC-wafels, SiC MOSFET's en voedingsmodules. In de praktijk zijn de apparatuurcomponenten die worden gebruikt om ze te vervaardigen net zo belangrijk. In epitaxiereactoren, kristalgroeiovens en andere halfgeleiderprocessen met hoge temperaturen moeten interne componenten bestand zijn tegen:

• Omgevingen met ultrahoge temperaturen

• Corrosieve procesgassen zoals H₂ en HCl

• Strikte reinheidseisen om besmetting van de wafer te voorkomen

Traditioneel grafiet biedt sterke thermische prestaties, maar bij langdurig gebruik is het gevoelig voor oppervlaktecorrosie, deeltjesvorming en een kortere levensduur - die allemaal een directe bedreiging vormen voor de opbrengst van de wafel en de procesconsistentie. Dit is de kloof die de CVD SiC-coatingtechnologie steeds vaker probeert te dichten.

CVD SiC-coating: de technologie achter betrouwbare apparatuur voor hoge temperaturen

SiC-epitaxie en SiC-coating zijn twee verschillende technologieën die verschillende doeleinden dienen: epitaxie maakt het halfgeleidermateriaal zelf, terwijl CVD SiC-coating de apparatuur beschermt die het produceert.

SiC-epitaxie wordt gebruikt om halfgeleidermateriaal te vervaardigen. SiC CVD-coating wordt daarentegen voornamelijk toegepast op kritische interne componenten van halfgeleiderapparatuur, om hun weerstand tegen hoge temperaturen en corrosie te verbeteren.

SiC-epitaxie versus SiC-coating: twee verschillende technologieën 

Hoe de grafiet + SiC-composiet werkt

CVD SiC-gecoate grafietcomponenten worden nu veel gebruikt in SiC-epitaxieapparatuur, MOCVD-apparatuur, LED-epitaxieapparatuur en RTP/RTA thermische behandelingsapparatuur. Door een dichte SiC-laag op hoogzuiver grafiet af te zetten, worden de sterke punten van beide materialen gecombineerd:

Waarom Grafiet + SiC als composiet werkt

VETEK Semiconductor's geavanceerde SiC-materiaaloplossingen

Terwijl halfgeleiders van de derde generatie zich blijven uitbreiden, levert VETEK Semiconductor drie complementaire materiaaloplossingen – CVD SiC gecoat grafiet, Solid CVD SiC en TaC coatings – ontworpen voor de specifieke thermische en chemische eisen van SiC-productieapparatuur.

CVD SiC-gecoate grafietcomponenten

De CVD SiC-gecoate grafietcomponenten van VETEK worden gebruikt in SiC-epitaxy susceptors, MOCVD-dragers, waferdragers, Halfmoon-componenten en halfgeleider thermische componenten.

• Zeer zuivere SiC-coating

• Uitstekende thermische uniformiteit

• Stabiliteit bij hoge temperaturen

• Sterke corrosieweerstand

VETEK CVD SiC-gecoate grafietcomponenten voor SiC-epitaxie, MOCVD en thermische halfgeleidertoepassingen.

Solide CVD SiC-componenten

Voor geavanceerde ets- en hogetemperatuurprocessen levert Solid CVD SiC betere materiaalprestaties. Typische toepassingen zijn onder meer focusringen, RTP/EPI-componenten en plasmaprocescomponenten.

• Dichte, niet-poreuze structuur

• Extreem lage deeltjesgeneratie

• Uitstekende plasmaweerstand

• Lange levensduur

Solide CVD SiC focusringen en plasmaprocescomponenten voor geavanceerde ets- en RTP/EPI-toepassingen.

TaC-coatingoplossingen

Naarmate de SiC-kristalgroeitemperaturen blijven stijgen, zijn tantaalcarbide (TaC) coatings een belangrijk materiaal geworden voor thermische velden met ultrahoge temperaturen. TaC biedt een hogere temperatuurstabiliteit, uitstekende oxidatieweerstand en uitstekende chemische stabiliteit - geschikt voor SiC-kristalgroeiapparatuur, thermische veldcomponenten op hoge temperatuur en halfgeleiderproductieomgevingen van de derde generatie.

Met TaC gecoate hotzone-componenten ontworpen voor SiC-kristalgroei bij ultrahoge temperaturen.

Samen komen deze drie productlijnen tegemoet aan de verschillende thermische en chemische eisen die in de SiC-productieketen voorkomen:

VETEK's drie SiC-materiaaloplossingen in één oogopslag

Veelgestelde vragen

1. Wat is het verschil tussen SiC-epitaxie en SiC-coating?

SiC-epitaxie laat een kristallijne siliciumcarbidelaag groeien om halfgeleiderwafels en -apparaten te maken. SiC-coating (CVD SiC) zet een dunne, dichte SiC-laag af op grafiet of andere substraten om apparatuurcomponenten te beschermen tegen hitte en corrosie. Ze dienen verschillende doeleinden binnen dezelfde productieketen.

2. Waarom wordt grafiet gecoat met SiC in plaats van op zichzelf te gebruiken?

Kale grafiet heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid en stabiliteit, maar corrodeert en genereert na verloop van tijd deeltjes wanneer het wordt blootgesteld aan hoge temperaturen en gassen zoals H₂ en HCl. Een dichte CVD SiC-coating voegt hardheid, chemische weerstand en stabiliteit bij hoge temperaturen toe, terwijl de thermische prestaties van grafiet behouden blijven.

3. Waar wordt Solid CVD SiC voor gebruikt?

Solide CVD SiC is een volledig dicht, niet-poreus siliciumcarbidemateriaal dat wordt gebruikt in geavanceerde ets- en hogetemperatuurprocessen, waaronder focusringen, RTP/EPI-componenten en plasmaprocesonderdelen - toepassingen die een extreem lage deeltjesgeneratie en een lange levensduur vereisen.

4. Waarom heeft SiC-kristalgroei TaC-coatings nodig?

Terwijl SiC-kristalgroeiprocessen naar hogere temperaturen streven, hebben componenten in de hete zone materialen nodig die bestand zijn tegen oxidatie en chemisch stabiel blijven onder extreme hitte. TaC-coatings bieden een hogere temperatuurstabiliteit dan alleen grafiet, waardoor ze zeer geschikt zijn voor SiC-kristalgroeiovens en thermische veldcomponenten op hoge temperatuur.

5. Waarom gaat de industrie over van 6-inch naar 8-inch SiC-wafels?

Grotere wafers verhogen het aantal matrijzen per wafer, waardoor de productiekosten per chip dalen en de schaalbaarheid verbetert. Wafermakers en chipmakers kwalificeren nu 8-inch SiC-substraten en epitaxiale wafers om te voldoen aan de groeiende vraag van elektrische voertuigen, hernieuwbare energie en industriële vermogenselektronica.

Samenvatting: SiC-productie is het tijdperk van concurrentie op het gebied van procescapaciteit ingegaan

De bepalende vraag van de SiC-industrie is veranderd: van de vraag of het materiaal op de markt kan worden gebracht, naar hoe efficiënt, schoon en consistent het op schaal kan worden vervaardigd.

In 2013 was de centrale vraag van de industrie of SiC überhaupt gecommercialiseerd kon worden. Vandaag, meer dan tien jaar later, is die vraag geworden: hoe kunnen SiC-producten worden vervaardigd met een hogere efficiëntie, minder defecten en een grotere stabiliteit?

Terwijl de SiC-industrie zich blijft uitbreiden, blijven grotere waferdiameters, verbeterde epitaxietechnologie en geoptimaliseerde productieapparatuur de kernrichtingen van de industriële ontwikkeling. Tegelijkertijd worden hoogzuivere CVD SiC-coatings, Solid CVD SiC en TaC-materialen sleuteltechnologieën om de stabiliteit van de productie van halfgeleiders te garanderen.

VETEK Semiconductor blijft gefocust op geavanceerde halfgeleidermaterialen en biedt betrouwbare materiaaloplossingen voor SiC-epitaxie, kristalgroei en halfgeleiderproductie bij hoge temperaturen, ter ondersteuning van de volgende generatie van de halfgeleiderindustrie.

Over VETEK Semiconductor

VETEK Semiconductor ontwerpt en produceert CVD SiC-gecoate grafiet-, solide CVD SiC- en TaC-coatingcomponenten voor SiC-epitaxie, MOCVD, kristalgroei en halfgeleiderapparatuur voor hoge temperaturen. Dit artikel is opgesteld door het materiaaltechnische team van VETEK, op basis van brancherapporten van Semiconductor Today en de huidige marktanalyse van SiC-wafers, en weerspiegelt de directe ervaring van VETEK met het leveren van componenten aan SiC-productielijnen.

Bronnen waarnaar wordt verwezen: Semiconductor Today (brancheartikel uit 2013); Openbare verklaringen van GlobalWafers (2023); Samengesteld halfgeleidernieuws (2024); Patsnap Eureka SiC waferprijsanalyse (2025). Cijfers en apparatuurspecificaties voor VETEK-producten zijn gebaseerd op interne productdocumentatie.