จาก 4 นิ้วเป็น 8 นิ้ว: ทศวรรษแห่งการเติบโตของ SiC Semiconductor

ในปี 2013 อุตสาหกรรมถามว่าซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ สิบปีต่อมา SiC ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและพลังงานหมุนเวียน และการแข่งขันที่แท้จริงได้เปลี่ยนไปสู่วัสดุ อุปกรณ์ และผลผลิตการผลิต ในหนึ่งทศวรรษ เวเฟอร์ SiC เพิ่มขึ้นจาก 4 นิ้วเป็น 8 นิ้ว เนื่องจากอุปกรณ์ epitaxy ก้าวหน้าไปมาก นอกเหนือจากเวเฟอร์แล้ว การเคลือบ CVD SiC, Solid CVD SiC และการเคลือบ TaC ช่วยให้อุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ VETEK Semiconductor เป็นผู้จัดหาโซลูชันวัสดุทั้งสามรายการสำหรับการผลิต SiC แบบปรับขนาด

ทศวรรษแห่งการเปลี่ยนแปลงของ SiC: จากวัสดุในห้องปฏิบัติการไปจนถึงเซมิคอนดักเตอร์กำลังหลัก

SiC ได้ย้ายจากวัสดุในห้องปฏิบัติการที่มีแนวโน้มดีในปี 2013 มาเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักที่สนับสนุน EVs อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และการแปลงพลังงานในปัจจุบัน และจุดมุ่งเน้นของอุตสาหกรรมได้เปลี่ยนจากการพิสูจน์เทคโนโลยีไปสู่การควบคุมการผลิตในระดับเชี่ยวชาญ

ตารางด้านล่างสรุปว่าลำดับความสำคัญของอุตสาหกรรม SiC เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา

ปี 2013 เทียบกับปัจจุบัน: การมุ่งเน้นของอุตสาหกรรม SiC เปลี่ยนไปอย่างไร

ความท้าทายหลักของการค้า SiC ในเชิงพาณิชย์: เทคโนโลยี Epitaxy

อุปกรณ์ Epitaxy ถือเป็นคอขวดทางเทคนิคสำหรับ SiC เชิงพาณิชย์มาโดยตลอด คุณสามารถติดตามความคืบหน้าของอุตสาหกรรมได้โดยตรงผ่านวิวัฒนาการของเครื่องปฏิกรณ์ Epitaxy ตั้งแต่แพลตฟอร์มขนาด 6 นิ้วในยุคแรกๆ ไปจนถึงระบบอัตโนมัติขนาด 150 มม./200 มม. ในปัจจุบัน

ในปี 2013 การนำ SiC ไปสู่เชิงพาณิชย์กำลังเร่งตัวขึ้น และผู้ผลิตอุปกรณ์ต่างแข่งขันกันโดยหลักแล้วคือความสามารถในการ epitaxy SiC ขนาด 6 นิ้ว (150 มม.) Semiconductor Today รายงานเกี่ยวกับระบบตัวแทนหลายระบบในขณะนั้น:

อุปกรณ์ SiC Epitaxy ที่เป็นตัวแทน, 2013

ระบบในยุคแรกๆ เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหา 4 ประการ ได้แก่ การบรรลุ SiC epitaxy ขนาด 6 นิ้ว การปรับปรุงความสม่ำเสมอของชั้น epitaxis การลดความหนาแน่นของข้อบกพร่อง และตอบสนองความต้องการของการค้าอุปกรณ์ไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ในช่วงแรกๆ

เนื่องจากการปรับใช้ EV โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์และตลาดพลังงานอุตสาหกรรมขยายตัวอย่างรวดเร็ว ความต้องการอุปกรณ์ SiC ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย และอุปกรณ์ epitaxy ก็พัฒนาจากแพลตฟอร์ม R&D ชุดเล็กไปสู่ระบบเจเนอเรชั่นถัดไปที่สร้างขึ้นสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ แพลตฟอร์มตัวแทนในปัจจุบันประกอบด้วย:

อุปกรณ์ SiC Epitaxy ที่เป็นตัวแทนวันนี้

จาก 4 นิ้วเป็น 8 นิ้ว: การปรับขนาดเวเฟอร์ช่วยลดต้นทุนและเพิ่มผลผลิตได้อย่างไร

ทุกขั้นตอนที่เพิ่มขึ้นในเส้นผ่านศูนย์กลางเวเฟอร์ SiC — จาก 4 นิ้วเป็น 6 นิ้ว และตอนนี้เป็น 8 นิ้ว — มีไว้เพื่อเพิ่มผลผลิตต่อเวเฟอร์และลดต้นทุนการผลิต และขณะนี้อุตสาหกรรมอยู่ในช่วงกลางของการเปลี่ยนแปลง 6 นิ้วถึง 8 นิ้ว

ในปี 2013 อุตสาหกรรม SiC กำลังผลักดันให้เปลี่ยนจากเวเฟอร์ขนาด 4 นิ้วเป็น 6 นิ้ว บริษัทต่างๆ รวมถึง Cree, Dow Corning, Showa Denko และ Norstel ต่างก็ขยายซับสเตรต SiC ขนาด 6 นิ้วและความจุของ epitaxy ในขณะนั้น เป้าหมายในการย้ายไปยังเวเฟอร์ขนาดใหญ่นั้นตรงไปตรงมา: เพิ่มผลผลิตต่อเวเฟอร์ ลดต้นทุนการผลิต และปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดทั่วทั้งอุตสาหกรรม

กว่าทศวรรษที่ผ่านมา ตรรกะเดียวกันนี้กำลังผลักดันการเปลี่ยนแปลงจาก 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว GlobalWafers ผู้ผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนรายใหญ่อันดับสามของโลกระบุว่าการผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้วทั่วทั้งอุตสาหกรรมจะเร่งตัวอย่างรวดเร็วจนถึงปี 2568-2569 ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ถือว่าไม่สมจริงเมื่อสองปีก่อน (GlobalWafers, 2023) Onsemi และ Resonac มีเป้าหมายเช่นเดียวกันในปี 2025 สำหรับซับสเตรต SiC ขนาด 8 นิ้วที่มีคุณสมบัติเหมาะสมและเพิ่มขึ้นและเวเฟอร์ epitaxis (Compound Semiconductor News, 2024)

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อ SiC Wafer มีขนาดใหญ่ขึ้น

เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์และข้อกำหนดด้านคุณภาพเพิ่มขึ้น วัสดุและส่วนประกอบอุปกรณ์ที่ใช้ตลอดกระบวนการผลิตจึงมีความสำคัญต่อความก้าวหน้าของ SiC เช่นเดียวกับตัวเวเฟอร์เอง

เหนือกว่าเวเฟอร์: เหตุใดส่วนประกอบของอุปกรณ์จึงมีความสำคัญพอๆ กับชิป SiC

เวเฟอร์ SiC, MOSFET และโมดูลพลังงานได้รับความสนใจมากที่สุด แต่ส่วนประกอบอุปกรณ์ภายในเครื่องปฏิกรณ์แบบ epitaxy และการเติบโตคริสตัล ต้องเผชิญกับสภาวะที่รุนแรงพอๆ กัน และกราไฟท์แบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดในปัจจุบันอีกต่อไป

การสนทนาเกี่ยวกับอุตสาหกรรม SiC มีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นไปที่สามสิ่ง: เวเฟอร์ SiC, SiC MOSFET และโมดูลพลังงาน ในทางปฏิบัติ ส่วนประกอบของอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ภายในเครื่องปฏิกรณ์แบบอีพิแทกซี เตาหลอมคริสตัล และกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์อุณหภูมิสูงอื่นๆ ส่วนประกอบภายในจะต้องทนต่อ:

• สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ

• ก๊าซในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น H₂ และ HCl

• ข้อกำหนดด้านความสะอาดที่เข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนเวเฟอร์

กราไฟท์แบบดั้งเดิมให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง แต่การใช้งานเป็นเวลานานๆ ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนที่พื้นผิว การสร้างอนุภาค และอายุการใช้งานที่สั้นลง ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตเวเฟอร์และความสม่ำเสมอของกระบวนการ นี่คือช่องว่างที่เทคโนโลยีการเคลือบ CVD SiC ได้ก้าวเข้ามามากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อปิด

การเคลือบ CVD SiC: เทคโนโลยีเบื้องหลังอุปกรณ์อุณหภูมิสูงที่เชื่อถือได้

SiC epitaxy และการเคลือบ SiC เป็นเทคโนโลยีสองชนิดที่แตกต่างกันซึ่งให้บริการตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน โดย Epitaxy ทำให้เกิดวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่การเคลือบ CVD SiC จะปกป้องอุปกรณ์ที่ผลิตวัสดุดังกล่าว

SiC epitaxy ใช้ในการผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในทางตรงกันข้าม การเคลือบ SiC CVD นั้นถูกนำไปใช้กับส่วนประกอบภายในที่สำคัญของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นหลัก เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน

SiC Epitaxy กับการเคลือบ SiC: สองเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน 

คอมโพสิตกราไฟท์ + SiC ทำงานอย่างไร

ปัจจุบันส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ CVD SiC ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ SiC epitaxy, อุปกรณ์ MOCVD, อุปกรณ์ LED epitaxy และอุปกรณ์รักษาความร้อน RTP/RTA การฝากชั้น SiC หนาแน่นลงบนกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นการผสมผสานความแข็งแกร่งของวัสดุทั้งสองเข้าด้วยกัน:

เหตุใด Graphite + SiC จึงทำงานเป็นคอมโพสิต

โซลูชันวัสดุ SiC ขั้นสูงของ VETEK Semiconductor

ในขณะที่เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามยังคงขยายขนาดต่อไป VETEK Semiconductor จัดหาโซลูชันวัสดุเสริมสามรายการ ได้แก่ กราไฟท์ที่เคลือบ CVD SiC, การเคลือบ Solid CVD SiC และการเคลือบ TaC ซึ่งได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับความต้องการด้านความร้อนและเคมีเฉพาะของอุปกรณ์การผลิต SiC

ส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ CVD SiC

ส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ CVD SiC ของ VETEK ใช้ใน SiC Epitaxy Susceptors, MOCVD Carrier, Wafer Carrier, Halfmoon Components และ Semiconductor Thermal Components

• การเคลือบ SiC ที่มีความบริสุทธิ์สูง

• ความสม่ำเสมอทางความร้อนที่ดีเยี่ยม

• ความเสถียรที่อุณหภูมิสูง

• ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี

ส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ SiC ของ VETEK CVD สำหรับการใช้งานด้านความร้อนของ SiC, MOCVD และเซมิคอนดักเตอร์

ส่วนประกอบ SiC CVD ที่เป็นของแข็ง

สำหรับกระบวนการกัดกรดขั้นสูงและกระบวนการที่อุณหภูมิสูง Solid CVD SiC มอบประสิทธิภาพของวัสดุในระดับที่สูงกว่า การใช้งานทั่วไป ได้แก่ วงแหวนโฟกัส ส่วนประกอบ RTP/EPI และส่วนประกอบกระบวนการพลาสมา

• โครงสร้างหนาแน่นไม่มีรูพรุน

• การสร้างอนุภาคต่ำมาก

• ต้านทานพลาสมาได้ดีเยี่ยม

• อายุการใช้งานยาวนาน

วงแหวนโฟกัส CVD SiC แบบทึบและพลาสมาประมวลผลส่วนประกอบสำหรับแอปพลิเคชัน etch และ RTP/EPI ขั้นสูง

โซลูชั่นการเคลือบ TaC

เนื่องจากอุณหภูมิการเติบโตของผลึก SiC เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเคลือบแทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) จึงกลายเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับสนามความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงพิเศษ TaC ให้ความเสถียรต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยม และความเสถียรทางเคมีที่โดดเด่น ซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์การเติบโตของคริสตัล SiC ส่วนประกอบสนามความร้อนที่อุณหภูมิสูง และสภาพแวดล้อมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม

ส่วนประกอบโซนร้อนเคลือบ TaC ออกแบบมาเพื่อการเติบโตของคริสตัล SiC ที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ

กลุ่มผลิตภัณฑ์ทั้งสามนี้ร่วมกันตอบสนองความต้องการด้านความร้อนและเคมีที่แตกต่างกันที่พบในห่วงโซ่การผลิต SiC:

ข้อมูลสรุปเกี่ยวกับโซลูชันวัสดุ SiC สามรายการของ VETEK

คำถามที่พบบ่อย

1. SiC epitaxy และการเคลือบ SiC แตกต่างกันอย่างไร

SiC epitaxy ขยายชั้นผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์เพื่อผลิตเวเฟอร์และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การเคลือบ SiC (CVD SiC) จะฝากชั้น SiC ที่บางและหนาแน่นไว้บนกราไฟต์หรือซับสเตรตอื่นๆ เพื่อปกป้องส่วนประกอบของอุปกรณ์จากความร้อนและการกัดกร่อน พวกเขาตอบสนองวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันภายในห่วงโซ่การผลิตเดียวกัน

2. เหตุใดกราไฟท์จึงเคลือบด้วย SiC แทนที่จะใช้เดี่ยวๆ

กราไฟท์เปลือยมีค่าการนำความร้อนและความเสถียรที่ดีเยี่ยม แต่จะกัดกร่อนและสร้างอนุภาคเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิและก๊าซสูง เช่น H₂ และ HCl เมื่อเวลาผ่านไป การเคลือบ CVD SiC ที่หนาแน่นจะเพิ่มความแข็ง ทนต่อสารเคมี และความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพทางความร้อนของกราไฟท์

3. Solid CVD SiC ใช้ทำอะไร

ซีวีดีที่เป็นของแข็ง SiC เป็นวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นเต็มที่และไม่มีรูพรุน ซึ่งใช้ในกระบวนการกัดกรดขั้นสูงและกระบวนการที่อุณหภูมิสูง รวมถึงวงแหวนโฟกัส ส่วนประกอบ RTP/EPI และชิ้นส่วนกระบวนการพลาสมา — การใช้งานที่ต้องการการสร้างอนุภาคต่ำมากและอายุการใช้งานที่ยาวนาน

4. เหตุใดการเติบโตของผลึก SiC จึงจำเป็นต้องมีการเคลือบ TaC

เนื่องจากกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก SiC ดันไปสู่อุณหภูมิที่สูงขึ้น ส่วนประกอบโซนร้อนจึงต้องการวัสดุที่ต้านทานการเกิดออกซิเดชันและคงความเสถียรทางเคมีภายใต้ความร้อนจัด การเคลือบ TaC ให้ความเสถียรต่ออุณหภูมิที่สูงกว่ากราไฟท์เพียงอย่างเดียว ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งกับเตาหลอมคริสตัล SiC และส่วนประกอบสนามความร้อนที่อุณหภูมิสูง

5. เหตุใดอุตสาหกรรมจึงเปลี่ยนจากเวเฟอร์ SiC ขนาด 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว

เวเฟอร์ขนาดใหญ่จะเพิ่มจำนวนแม่พิมพ์ต่อเวเฟอร์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตต่อชิปและปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาด ขณะนี้ผู้ผลิตเวเฟอร์และผู้ผลิตชิปกำลังใช้ซับสเตรต SiC ขนาด 8 นิ้วและเวเฟอร์เอพิแทกเซียล เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นจากรถยนต์ไฟฟ้า พลังงานทดแทน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังทางอุตสาหกรรม

สรุป: การผลิต SiC เข้าสู่ยุคของการแข่งขันด้านขีดความสามารถในกระบวนการ

คำถามสำคัญในอุตสาหกรรม SiC เปลี่ยนไป ตั้งแต่วัสดุดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ ไปจนถึงความสามารถในการผลิตในปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ สะอาด และสม่ำเสมอ

ในปี 2013 คำถามสำคัญของอุตสาหกรรมก็คือ SiC สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ ทุกวันนี้ มากกว่าหนึ่งทศวรรษต่อมา คำถามนั้นก็กลายเป็นว่า ผลิตภัณฑ์ SiC จะสามารถผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงขึ้น มีข้อบกพร่องน้อยลง และมีเสถียรภาพมากขึ้นได้อย่างไร

ในขณะที่อุตสาหกรรม SiC ยังคงขยายตัว เส้นผ่านศูนย์กลางเวเฟอร์ที่ใหญ่ขึ้น เทคโนโลยี epitaxy ที่อัปเกรด และอุปกรณ์การผลิตที่ได้รับการปรับปรุงยังคงเป็นทิศทางหลักของการพัฒนาอุตสาหกรรม ในเวลาเดียวกัน การเคลือบ CVD SiC ที่มีความบริสุทธิ์สูง วัสดุ Solid CVD SiC และ TaC กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการรับรองเสถียรภาพในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

VETEK Semiconductor ยังคงมุ่งเน้นไปที่วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง โดยนำเสนอโซลูชันวัสดุที่เชื่อถือได้สำหรับ SiC epitaxy การเติบโตของคริสตัล และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งสนับสนุนอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไป

เกี่ยวกับเวเทค เซมิคอนดักเตอร์

VETEK Semiconductor ออกแบบและผลิตกราไฟท์เคลือบ CVD SiC, Solid CVD SiC และส่วนประกอบการเคลือบ TaC สำหรับ SiC epitaxy, MOCVD, การเติบโตของคริสตัล และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อุณหภูมิสูง บทความนี้จัดทำโดยทีมวิศวกรรมวัสดุของ VETEK โดยอาศัยการรายงานของอุตสาหกรรมจาก Semiconductor Today และการวิเคราะห์ตลาดเวเฟอร์ SiC ในปัจจุบัน และสะท้อนถึงประสบการณ์โดยตรงของ VETEK ในการจัดหาส่วนประกอบให้กับสายการผลิต SiC

แหล่งที่มาอ้างอิง: Semiconductor Today (คุณลักษณะอุตสาหกรรมปี 2013); คำแถลงสาธารณะของ GlobalWafers (2023); ข่าวสารกึ่งตัวนำแบบผสม (2024); การวิเคราะห์ราคาเวเฟอร์ Patsnap Eureka SiC (2025) ข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์และตัวเลขสำหรับผลิตภัณฑ์ VETEK อิงตามเอกสารประกอบผลิตภัณฑ์ภายใน