4 インチから 8 インチへ: SiC 半導体の成長の 10 年

2013 年、業界は炭化ケイ素が商業化できるかどうかを疑問視しました。 10 年後、SiC は EV と再生可能エネルギーの原動力となり、本当の競争は材料、装置、製造歩留まりに移りました。エピタキシー装置が段階的に進歩するにつれて、10 年間で SiC ウェーハは 4 インチから 8 インチに成長しました。ウェーハ自体を超えて、CVD SiC コーティング、固体 CVD SiC、および TaC コーティングにより、高温、耐腐食性の装置が確実に稼働し続けます。 VETEK Semiconductor は、大規模な SiC 製造向けに 3 つの材料ソリューションすべてを提供しています。

SiC の変革の 10 年: 実験用材料から主流のパワー半導体まで

SiC は 2013 年に有望な実験用材料から、今日の EV、パワー エレクトロニクス、エネルギー変換を支える主流技術に移行し、業界の焦点は技術の証明から大規模な製造の習得へと移ってきました。

以下の表は、SiC 業界の優先事項が過去 10 年間でどのように変化したかをまとめたものです。

2013 年と現在: SiC 業界の焦点はどのように変化したか

SiC商品化の核となる課題：エピタキシー技術

エピタキシー装置は常に SiC 商業化の技術的なボトルネックでした。業界の進歩は、初期の 6 インチ プラットフォームから今日の自動化された 150mm/200mm システムに至るまで、エピタキシー リアクターの進化を通じて直接追跡できます。

2013 年、SiC の商業化は加速しており、装置メーカーは主に 6 インチ (150mm) SiC エピタキシー能力を中心に競争していました。 Semiconductor Today は、当時、いくつかの代表的なシステムについて報告しました。

代表的な SiC エピタキシー装置、2013 年

これらの初期のシステムは、6 インチの SiC エピタキシーの達成、エピタキシャル層の均一性の向上、欠陥密度の低減、および早期のパワーデバイス商品化のニーズを満たすという 4 つの問題を解決するように設計されました。

EVの導入、EV充電インフラ、太陽光発電と蓄電システム、産業用電力市場が急速に拡大するにつれ、それに応じてSiCデバイスの需要も増加し、エピタキシー装置は小規模バッチの研究開発プラットフォームから大規模製造用に構築された次世代システムに進化しました。現在の代表的なプラットフォームには次のようなものがあります。

代表的なSiCエピタキシー装置の現状

4 インチから 8 インチへ: ウェーハのスケーリングによってコストが削減され、生産量が増加する方法

SiC ウェーハの直径が 4 インチから 6 インチ、そして現在は 8 インチに向かって大きくなるたびに、ウェーハあたりの生産量を増やし、製造コストを下げるために存在しており、業界は現在 6 インチから 8 インチへの移行の真っ最中です。

2013 年、SiC 業界は 4 インチ ウェーハから 6 インチ ウェーハへの移行を推進していました。当時、Cree、Dow Corning、昭和電工、Norstel などの企業は、6 インチの SiC 基板とエピタキシーの生産能力を拡大していました。より大きなウェーハへの移行の目標は単純明快で、ウェーハあたりの生産量を増やし、製造コストを削減し、業界全体の拡張性を向上させることです。

10 年以上が経過した今、同じロジックが 6 インチから 8 インチへの移行を推進しています。世界第 3 位のシリコンウェーハメーカーである GlobalWafers は、業界全体の 8 インチ SiC ウェーハの生産が 2025 年から 2026 年にかけて急激に加速すると述べています。この移行は、わずか 2 年前には非現実的であると考えられていました (GlobalWafers、2023)。 Onsemi と Resonac も同様に、8 インチ SiC 基板とエピタキシャル ウェーハの認定と増加について 2025 年を目標としています (Compound Semiconductor News、2024)。

SiCウェーハが大きくなると何が変わるのか

ウェーハの直径と品質の要件が両方とも高まるにつれ、製造プロセス全体で使用される材料や装置のコンポーネントも、ウェーハ自体と同じくらい SiC の進歩にとって決定的なものとなっています。

ウェハを超えて: 装置コンポーネントが SiC チップと同じくらい重要である理由

SiC ウェーハ、MOSFET、およびパワー モジュールが最も注目を集めていますが、エピタキシーおよび結晶成長リアクター内の機器コンポーネントも同様に極限の条件に直面しており、従来のグラファイトだけでは今日の要件を満たすにはもはや十分ではありません。

SiC 業界の議論は、SiC ウェーハ、SiC MOSFET、パワー モジュールの 3 つに焦点が当てられる傾向があります。実際には、それらの製造に使用される装置コンポーネントも同様に重要です。エピタキシーリアクター、結晶成長炉、その他の高温半導体プロセスの内部では、内部コンポーネントは以下に耐える必要があります。

・超高温環境

• H₂ や HCl などの腐食性プロセスガス

• ウェーハの汚染を避けるための厳格な清浄度要件

従来のグラファイトは強力な熱性能を提供しますが、長期間使用すると、表面腐食、粒子の発生、耐用年数の短縮が起こりやすく、これらすべてがウェーハの歩留まりとプロセスの一貫性を直接脅かします。このギャップを埋めるために、CVD SiC コーティング技術がますます参入してきています。

CVD SiC コーティング: 信頼性の高い高温装置を支える技術

SiC エピタキシーと SiC コーティングは、異なる目的を果たす 2 つの異なる技術です。エピタキシーは半導体材料自体を製造するのに対し、CVD SiC コーティングはそれを製造する装置を保護します。

SiC エピタキシーは、半導体材料の製造に使用されます。対照的に、SiC CVD コーティングは、高温や腐食に対する耐性を向上させるために、主に半導体装置の重要な内部コンポーネントに適用されます。

SiC エピタキシーと SiC コーティング: 2 つの異なるテクノロジー 

グラファイト + SiC 複合材料の仕組み

CVD SiC コーティングされたグラファイト部品は現在、SiC エピタキシー装置、MOCVD 装置、LED エピタキシー装置、RTP/RTA 熱処理装置で広く使用されています。高純度グラファイト上に緻密な SiC 層を堆積すると、両方の材料の長所が組み合わされます。

グラファイト + SiC が複合材料として機能する理由

VETEK Semiconductor の高度な SiC 材料ソリューション

第 3 世代半導体の規模が拡大し続ける中、VETEK Semiconductor は、SiC 製造装置の特定の熱的および化学的要求に合わせて設計された 3 つの相補的な材料ソリューション (CVD SiC コーティングされたグラファイト、固体 CVD SiC、および TaC コーティング) を提供しています。

CVD SiC コーティングされたグラファイト コンポーネント

VETEK の CVD SiC コーティングされたグラファイト コンポーネントは、SiC エピタキシー サセプタ、MOCVD キャリア、ウェーハ キャリア、ハーフムーン コンポーネント、および半導体熱コンポーネントに使用されます。

・高純度SiCコーティング

・優れた均熱性

• 高温安定性

• 強い耐食性

VETEK CVD SiC コーティングされたグラファイト コンポーネントは、SiC エピタキシー、MOCVD、および半導体熱用途向けです。

固体CVD SiCコンポーネント

高度なエッチングおよび高温プロセスでは、固体 CVD SiC がより高いグレードの材料性能を提供します。一般的なアプリケーションには、フォーカス リング、RTP/EPI コンポーネント、プラズマ プロセス コンポーネントなどがあります。

• 緻密で非多孔質の構造

• 粒子の発生が極めて少ない

・優れた耐プラズマ性

• 長寿命

固体CVD SiCフォーカスリングとプラズマ高度なエッチングおよび RTP/EPI アプリケーション用のプロセス コンポーネント。

TaC コーティング ソリューション

SiC 結晶の成長温度が上昇し続けるにつれて、炭化タンタル (TaC) コーティングは超高温熱場にとって重要な材料となっています。 TaC は、より高い温度安定性、優れた耐酸化性、優れた化学的安定性を備えており、SiC 結晶成長装置、高温熱フィールドコンポーネント、および第 3 世代半導体製造環境に適しています。

超高温 SiC 結晶成長用に設計された、TaC コーティングされたホットゾーン コンポーネント。

これら 3 つの製品ラインは共に、SiC 製造チェーン全体で見られるさまざまな熱的および化学的需要に対応します。

VETEK の 3 つの SiC 材料ソリューションの概要

よくある質問

1. SiC エピタキシーと SiC コーティングの違いは何ですか?

SiC エピタキシーでは、結晶炭化ケイ素層を成長させて半導体ウェーハやデバイスを製造します。 SiC コーティング (CVD SiC) は、グラファイトまたはその他の基板上に薄く緻密な SiC 層を堆積させ、機器のコンポーネントを熱や腐食から保護します。これらは同じ製造チェーン内で異なる目的を果たします。

2. グラファイトを単独で使用するのではなく、SiC でコーティングするのはなぜですか?

裸黒鉛は優れた熱伝導性と安定性を備えていますが、高温や H2 や HCl などのガスに長期間さらされると腐食して粒子が発生します。緻密な CVD SiC コーティングにより、グラファイトの熱性能を維持しながら、硬度、耐薬品性、高温安定性が向上します。

3. 固体CVD SiCは何に使用されますか?

固体 CVD SiC は、完全に緻密で非多孔質の炭化ケイ素材料であり、フォーカス リング、RTP/EPI コンポーネント、プラズマ プロセス部品などの高度なエッチングおよび高温プロセスで使用されます。これらのアプリケーションは、極めて低い粒子発生と長い耐用年数が必要とされます。

4. SiC 結晶成長に TaC コーティングが必要なのはなぜですか?

SiC 結晶成長プロセスはより高温に向かうため、ホットゾーンのコンポーネントには酸化に耐え、極度の熱下でも化学的に安定した材料が必要です。 TaC コーティングはグラファイト単独よりも高い温度安定性を備えているため、SiC 結晶成長炉や高温熱場のコンポーネントに最適です。

5. 業界が 6 インチの SiC ウェーハから 8 インチの SiC ウェーハに移行しているのはなぜですか?

ウェーハが大きくなるとウェーハあたりのダイの数が増えるため、チップあたりの製造コストが下がり、拡張性が向上します。ウェーハメーカーとチップメーカーは現在、EV、再生可能エネルギー、産業用パワーエレクトロニクスからの需要の高まりに応えるために、8 インチ SiC 基板とエピタキシャル ウェーハの認定を行っています。

概要: SiC 製造はプロセス能力競争の時代に突入

SiC 業界の決定的な問題は、その材料が商品化できるかどうかから、いかに効率的、クリーン、そして一貫して大規模に製造できるかへと変化しました。

2013 年、業界の中心的な問題は、そもそも SiC が商業化できるかどうかでした。 10 年以上が経過した今日、その疑問は次のようになりました。SiC 製品をより効率よく、欠陥を減らし、安定性を高めて製造するにはどうすればよいでしょうか?

SiC 産業が拡大を続ける中、ウェーハ直径の拡大、エピタキシー技術のアップグレード、製造装置の最適化が引き続き産業発展の中心的な方向となっています。同時に、高純度CVD SiCコーティング、固体CVD SiC、TaC材料は、半導体製造の安定性を確保するためのキーテクノロジーとなりつつあります。

VETEK Semiconductor は、最先端の半導体材料に引き続き注力し、SiC エピタキシー、結晶成長、および高温半導体製造のための信頼性の高い材料ソリューションを提供し、次世代の半導体産業をサポートしています。

VETEK セミコンダクターについて

VETEK Semiconductor は、SiC エピタキシー、MOCVD、結晶成長、および高温半導体装置用の CVD SiC コーティングされたグラファイト、固体 CVD SiC、および TaC コーティング コンポーネントを設計および製造しています。この記事は、Semiconductor Today の業界レポートと現在の SiC ウェーハ市場分析に基づいて VETEK の材料エンジニアリング チームによって作成され、SiC 製造ラインにコンポーネントを供給した VETEK の直接の経験を反映しています。

参照した情報源: Semiconductor Today (2013 年の業界特集)。 GlobalWafers の公式声明 (2023)。化合物半導体ニュース (2024); Patsnap Eureka SiCウェハ価格分析（2025年）。 VETEK 製品の数値と機器の仕様は、社内の製品ドキュメントに基づいています。