De 4 a 8 polegadas: uma década de crescimento de semicondutores SiC

Em 2013, a indústria questionou se o carboneto de silício poderia ser comercializado. Dez anos depois, o SiC alimenta veículos elétricos e energias renováveis ​​– e a verdadeira concorrência mudou para materiais, equipamentos e rendimento de produção. Em uma década, os wafers de SiC cresceram de 4 para 8 polegadas à medida que os equipamentos de epitaxia avançavam passo a passo. Além do wafer em si, os revestimentos CVD SiC, CVD SiC sólido e revestimentos TaC agora mantêm equipamentos resistentes à corrosão e de alta temperatura funcionando de maneira confiável. A VETEK Semiconductor fornece todas as três soluções de materiais para fabricação em escala de SiC.

A década de transformação da SiC: do material de laboratório ao semicondutor de energia convencional

O SiC deixou de ser um material de laboratório promissor em 2013 para se tornar uma tecnologia convencional que sustenta os veículos elétricos, a eletrónica de potência e a conversão de energia atualmente - e o foco da indústria mudou da prova da tecnologia para o domínio da produção em escala.

A tabela abaixo resume como as prioridades da indústria de SiC mudaram na última década.

2013 versus hoje: como o foco da indústria de SiC mudou

O principal desafio da comercialização de SiC: tecnologia Epitaxy

Os equipamentos de epitaxia sempre foram o gargalo técnico para a comercialização de SiC – o progresso da indústria pode ser acompanhado diretamente através da evolução dos reatores de epitaxia, desde as primeiras plataformas de 6 polegadas até os atuais sistemas automatizados de 150 mm/200 mm.

Em 2013, a comercialização do SiC estava se acelerando e os fabricantes de equipamentos competiam principalmente em torno da capacidade de epitaxia do SiC de 6 polegadas (150 mm). Semiconductor Today relatou vários sistemas representativos da época:

Equipamento representativo de SiC Epitaxy, 2013

Esses primeiros sistemas foram projetados para resolver quatro problemas: alcançar epitaxia de SiC de 6 polegadas, melhorar a uniformidade da camada epitaxial, reduzir a densidade de defeitos e atender às necessidades de comercialização precoce de dispositivos de energia.

À medida que a adopção de veículos eléctricos, a infra-estrutura de carregamento de veículos eléctricos, os sistemas solares e de armazenamento e os mercados de energia industrial se expandiram rapidamente, a procura por dispositivos SiC cresceu em conformidade – e os equipamentos epitaxia evoluíram de plataformas de I&D de pequenos lotes para sistemas de próxima geração construídos para produção em grande escala. As plataformas representativas de hoje incluem:

Equipamento representativo de SiC Epitaxy, hoje

De 4 a 8 polegadas: como o dimensionamento do wafer reduz custos e aumenta a produção

Cada aumento no diâmetro do wafer de SiC – de 4 polegadas para 6 polegadas, e agora para 8 polegadas – existe para aumentar a produção por wafer e reduzir o custo de fabricação, e a indústria está agora no meio da transição de 6 polegadas para 8 polegadas.

Em 2013, a indústria de SiC estava pressionando para passar de wafers de 4 para 6 polegadas. Empresas como Cree, Dow Corning, Showa Denko e Norstel estavam expandindo seu substrato SiC de 6 polegadas e capacidade de epitaxia na época. O objetivo de migrar para wafers maiores era simples: aumentar a produção por wafer, reduzir o custo de fabricação e melhorar a escalabilidade em todo o setor.

Mais de uma década depois, essa mesma lógica está agora a impulsionar a mudança de 6 polegadas para 8 polegadas. A GlobalWafers, o terceiro maior fabricante mundial de wafers de silício, afirmou que a produção de wafers SiC de 8 polegadas em toda a indústria aceleraria acentuadamente entre 2025 e 2026 – uma transição que foi considerada irrealista apenas dois anos antes (GlobalWafers, 2023). Onsemi e Resonac também têm como meta 2025 para qualificar e aumentar substratos de SiC de 8 polegadas e wafers epitaxiais (Compound Semiconductor News, 2024).

O que muda quando os wafers SiC ficam maiores

À medida que os requisitos de diâmetro e qualidade dos wafers aumentam, os materiais e componentes dos equipamentos usados ​​em todo o processo de fabricação tornaram-se tão decisivos para o progresso do SiC quanto os próprios wafers.

Além do wafer: por que os componentes do equipamento são tão importantes quanto os chips SiC

Wafers de SiC, MOSFETs e módulos de potência recebem a maior parte da atenção, mas os componentes do equipamento dentro dos reatores de epitaxia e de crescimento de cristais enfrentam condições igualmente extremas - e o grafite tradicional por si só não é mais suficiente para atender aos requisitos atuais.

As discussões sobre a indústria de SiC tendem a se concentrar em três coisas: wafers de SiC, MOSFETs de SiC e módulos de potência. Na prática, os componentes do equipamento utilizados para fabricá-los são igualmente importantes. Dentro de reatores epitaxiais, fornos de crescimento de cristais e outros processos semicondutores de alta temperatura, os componentes internos devem suportar:

• Ambientes de temperatura ultra-alta

• Gases de processo corrosivos, como H₂ e HCl

• Requisitos rigorosos de limpeza para evitar a contaminação do wafer

O grafite tradicional oferece forte desempenho térmico, mas durante o uso prolongado é propenso à corrosão superficial, geração de partículas e vida útil reduzida – todos os quais ameaçam diretamente o rendimento do wafer e a consistência do processo. Esta é a lacuna que a tecnologia de revestimento CVD SiC tem cada vez mais preenchido para preencher.

Revestimento CVD SiC: a tecnologia por trás de equipamentos confiáveis ​​para altas temperaturas

A epitaxia de SiC e o revestimento de SiC são duas tecnologias distintas que atendem a propósitos diferentes – a epitaxia produz o próprio material semicondutor, enquanto o revestimento de SiC CVD protege o equipamento que o fabrica.

A epitaxia SiC é usada para fabricar material semicondutor. O revestimento SiC CVD, por outro lado, é aplicado principalmente em componentes internos críticos de equipamentos semicondutores, para melhorar sua resistência a altas temperaturas e corrosão.

Epitaxia SiC vs. SiC Coating: Duas Tecnologias Diferentes 

Como funciona o composto de grafite + SiC

Os componentes de grafite revestidos com CVD SiC são agora amplamente utilizados em equipamentos de epitaxia SiC, equipamentos MOCVD, equipamentos de epitaxia LED e equipamentos de tratamento térmico RTP/RTA. Depositar uma camada densa de SiC sobre grafite de alta pureza combina os pontos fortes de ambos os materiais:

Por que Grafite + SiC Funciona como Composto

Soluções avançadas de materiais SiC da VETEK Semiconductor

À medida que os semicondutores de terceira geração continuam a crescer, a VETEK Semiconductor fornece três soluções de materiais complementares – grafite revestida com SiC CVD, SiC CVD sólido e revestimentos TaC – projetadas para as demandas térmicas e químicas específicas dos equipamentos de fabricação de SiC.

Componentes de grafite revestidos com CVD SiC

Os componentes de grafite revestidos com SiC CVD da VETEK são usados ​​em susceptores de epitaxia de SiC, transportadores MOCVD, transportadores de wafer, componentes de meia-lua e componentes térmicos semicondutores.

• Revestimento SiC de alta pureza

• Excelente uniformidade térmica

• Estabilidade em altas temperaturas

• Forte resistência à corrosão

Componentes de grafite revestidos com SiC VETEK CVD para aplicações térmicas de epitaxia de SiC, MOCVD e semicondutores.

Componentes sólidos CVD SiC

Para processos avançados de corrosão e alta temperatura, o Solid CVD SiC oferece um nível mais alto de desempenho do material. As aplicações típicas incluem anéis de foco, componentes RTP/EPI e componentes de processo de plasma.

• Estrutura densa e não porosa

• Geração de partículas extremamente baixa

• Excelente resistência ao plasma

• Longa vida útil

Anéis de foco CVD SiC sólidos e plasmacomponentes de processo para aplicações avançadas de gravação e RTP/EPI.

Soluções de revestimento TaC

À medida que as temperaturas de crescimento dos cristais de SiC continuam a aumentar, os revestimentos de carboneto de tântalo (TaC) tornaram-se um material importante para campos térmicos de temperaturas ultra-altas. O TaC oferece maior estabilidade de temperatura, excelente resistência à oxidação e excelente estabilidade química – adequado para equipamentos de crescimento de cristais de SiC, componentes de campo térmico de alta temperatura e ambientes de fabricação de semicondutores de terceira geração.

Componentes de zona quente revestidos com TaC projetados para crescimento de cristais de SiC em temperaturas ultra-altas.

Juntas, essas três linhas de produtos atendem às diferentes demandas térmicas e químicas encontradas em toda a cadeia de fabricação de SiC:

Visão geral das três soluções de materiais de SiC da VETEK

Perguntas frequentes

1. Qual é a diferença entre epitaxia de SiC e revestimento de SiC?

A epitaxia SiC desenvolve uma camada de carboneto de silício cristalino para fabricar wafers e dispositivos semicondutores. O revestimento de SiC (CVD SiC) deposita uma camada fina e densa de SiC sobre grafite ou outros substratos para proteger os componentes do equipamento contra calor e corrosão. Eles servem a propósitos diferentes dentro da mesma cadeia de fabricação.

2. Por que o grafite é revestido com SiC em vez de ser usado sozinho?

A grafite pura tem excelente condutividade térmica e estabilidade, mas corrói e gera partículas quando exposta a altas temperaturas e gases como H₂ e HCl ao longo do tempo. Um denso revestimento CVD SiC adiciona dureza, resistência química e estabilidade a altas temperaturas, preservando o desempenho térmico do grafite.

3. Para que é utilizado o SiC Sólido CVD?

O SiC CVD sólido é um material de carboneto de silício não poroso e totalmente denso usado em processos avançados de gravação e alta temperatura, incluindo anéis de foco, componentes RTP/EPI e peças de processo de plasma — aplicações que exigem geração de partículas extremamente baixa e longa vida útil.

4. Por que o crescimento do cristal SiC precisa de revestimentos TaC?

À medida que os processos de crescimento do cristal de SiC avançam em direção a temperaturas mais altas, os componentes da zona quente precisam de materiais que resistam à oxidação e permaneçam quimicamente estáveis ​​sob calor extremo. Os revestimentos TaC oferecem maior estabilidade à temperatura do que apenas o grafite, tornando-os adequados para fornos de crescimento de cristais de SiC e componentes de campo térmico de alta temperatura.

5. Por que a indústria está mudando de wafers de SiC de 6 para 8 polegadas?

Wafers maiores aumentam o número de matrizes por wafer, o que reduz o custo de fabricação por chip e melhora a escalabilidade. Os fabricantes de wafers e chips estão agora qualificando substratos de SiC de 8 polegadas e wafers epitaxiais para atender à crescente demanda de veículos elétricos, energia renovável e eletrônica de potência industrial.

Resumo: A fabricação de SiC entrou na era da competição por capacidade de processo

A questão que define a indústria do SiC mudou – desde se o material poderia ser comercializado até quão eficiente, limpo e consistente ele pode ser fabricado em escala.

Em 2013, a questão central da indústria era se o SiC poderia ser comercializado. Hoje, mais de uma década depois, a questão é: como os produtos de SiC podem ser fabricados com maior eficiência, menos defeitos e maior estabilidade?

À medida que a indústria de SiC continua a se expandir, diâmetros maiores de wafer, tecnologia de epitaxia atualizada e equipamentos de fabricação otimizados continuam sendo as principais direções do desenvolvimento da indústria. Ao mesmo tempo, revestimentos CVD SiC de alta pureza, sólidos CVD SiC e materiais TaC estão se tornando tecnologias-chave para garantir a estabilidade da fabricação de semicondutores.

A VETEK Semiconductor continua focada em materiais semicondutores avançados, fornecendo soluções de materiais confiáveis ​​para epitaxia de SiC, crescimento de cristais e fabricação de semicondutores em alta temperatura – apoiando a próxima geração da indústria de semicondutores.

Sobre VETEK Semicondutores

A VETEK Semiconductor projeta e fabrica componentes de revestimento de grafite revestido de SiC CVD, SiC CVD sólido e TaC para epitaxia de SiC, MOCVD, crescimento de cristal e equipamentos semicondutores de alta temperatura. Este artigo foi preparado pela equipe de engenharia de materiais da VETEK, com base em relatórios da indústria da Semiconductor Today e na análise atual do mercado de wafer de SiC, e reflete a experiência direta da VETEK no fornecimento de componentes para linhas de fabricação de SiC.

Fontes referenciadas: Semiconductor Today (recurso da indústria de 2013); Declarações públicas da GlobalWafers (2023); Notícias sobre semicondutores compostos (2024); Análise de preço do wafer Patsnap Eureka SiC (2025). Os valores e especificações dos equipamentos dos produtos VETEK são baseados na documentação interna do produto.