Mit der rasanten Entwicklung neuer Energieträger, Stromnetze und 5G-Kommunikation haben die Halbleiter der dritten Generation, vertreten durch SiC und GaN, mit ihren Vorteilen in Hochvolt-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzanwendungen, allmählich ihre Ersatzrolle für siliziumbasierte Halbleiter gezeigt und gelten als wichtige Entwicklungsrichtung in der Halbleiterindustrie.

Bisher wechseln Silizium-Wafer von 8 Zoll zu 12 Zoll. Die größere Wafergröße bedeutet, dass ein einzelner Wafer mehr Chips herstellen kann, Abfall an den Waferkanten reduziert und Einzelchipkosten senkt. Die dritte Generation von Halbleitern ist keine Ausnahme und macht deutliche Fortschritte in Richtung großformatiger Wafer.http://www.ic-bom.com/

SiC, Eintritt in das Zeitalter der acht Zoll

SiC ist ein gutes Halbleitermaterial mit hohem elektrischem Feld, hoher gesättigter Elektronengeschwindigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Elektronendichte und hoher Mobilität und wurde in der Automobilelektronik, industriellen Halbleitern und anderen Bereichen weit verbreitet.

Inländische Unternehmen konzentrieren sich hauptsächlich auf 4-Zoll-SiC-Substrate, während Hersteller wie Shandong Tianyue, Tianke Heda, Hebei Tongguang, Zhongke Energy Conservation und Luxiao Technology die Forschung und Entwicklung von 6-Zoll-Substraten abgeschlossen haben; CETC Equipment hat erfolgreich ein 6-Zoll-halbisolierendes Substrat entwickelt, das ein unabhängiges Technologiesystem auf SiC Einkristallsubstrattechnologie bildet. Shanxi Shuoke, Jingsheng Elektromechanical, Tianke Heda und andere Unternehmen haben auch Erfolge in der 8-Zoll-SiC-Substrattechnologie erzielt.

International haben Unternehmen wie Wolfspeed, Rom, Italian Semiconductor, Ansemy, II-VI und Soitec erfolgreich 8-Zoll SiC-Substrate entwickelt.

Gemäß der Vorhersage der China Broadband Power Semiconductor and Application Industry Alliance wird erwartet, dass der inländische 4-Zoll-SiC-Wafer-Markt allmählich von 100000 auf 50000 Stücke von 2020 bis 2025 sinken wird, und der 6-Zoll-Wafer-Markt wird von 80000 auf 200000 Stücke zunehmen; Von 2025 bis 2030 werden 4-Zoll-Wafer allmählich den Markt verlassen, wobei 6-Zoll-Wafer auf 400000-Chips steigen.

Es ist erwähnenswert, dass die Einführung von 8-Zoll-SiC zwar einige Veränderungen in der Industrie bringen kann, die aktuellen Produktionslinien für SiC-Geräte sind meist 6-Zoll-Produktionslinien.http://www.ic-bom.com/

Obwohl es keinen großen Unterschied zwischen 8-Zoll-Siliziumkarbid und 6-Zoll-SiC in der Ionenimplantation, Dünnschichtabscheidung, dielektrischem Ätzen, Metallisierung und anderen Aspekten der Leistungshalbleiterherstellung gibt, gibt es viele Fertigungsschwierigkeiten im Substratwachstum, Substratschneidverarbeitung, Oxidationsprozess und anderen Aspekten von 8-Zoll-SiC. Unter ihnen verdoppelt die Ausdehnung des Durchmessers auf 8 Zoll in Bezug auf das Substratwachstum die Schwierigkeit des Substratwachstums; In Bezug auf das Schneiden und die Verarbeitung des Substrats, je größer die Größe des Substrats, desto bedeutender ist das Problem der Schnittspannung und Verzug; Der Oxidationsprozess war schon immer eine Kernschwierigkeit im Siliziumkarbid-Prozess. Die 8-Zoll- und 6-Zoll-Prozesse haben unterschiedliche Anforderungen an die Steuerung von Luftstrom- und Temperaturfeldern, und jeder Prozess muss unabhängig voneinander entwickelt werden. Derzeit arbeiten Top-Hersteller auch mit vor- und nachgelagerten Technologieherstellern in der Lieferkette zusammen, um eigene Fertigungsanlagen und Produktionsprozesse zu entwickeln. Daher erfordert die Aufrüstung von SiC-Wafern auf 8-Zoll die Aufrüstung und den Austausch der Produktionsausrüstung und des gesamten Support-Ökosystems.

Nach Wolfspeeds Daten hat sich die Anzahl der blanken Chips auf einem 8-Zoll-Wafer um fast 90% im Vergleich zu 6-Zoll-Chips erhöht, während der Anteil der blanken Kanten-Chips von 14% auf 7%, was bedeutet, dass die Auslastungsrate eines 8-Zoll-Wafers um 7% im Vergleich zu 6-Zoll gestiegen ist. Daher ist die Entwicklung von Wafern hin zu größeren Größen ein unvermeidlicher Trend mit steigender Nachfrage. Im Vergleich zum Meilensteinübergang von 4 Zoll zu 6 Zoll wird der Übergang von 6 Zoll zu 8 Zoll jedoch einige Zeit dauern. In Zukunft wird die 6-Zoll-Produktionslinie immer noch die Mainstream-Position einnehmen.

GaN, sechs Zoll beschleunigen.

GaN hat die Eigenschaften hoher Druckbeständigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit und niedriger Energieverlust, mit einem anderen Schwerpunkt auf Funktionalität im Vergleich zu SiC. SiC konzentriert sich auf Hochspannung, GaN auf Hochfrequenz. GaN ist jedoch teuer und schwer zu ätzen, und sein Industrialisierungsprozess ist langsamer als SiC. Derzeit ist der Markt für GaN klein, weniger als 1%, und seine Wafer sind in der Phase des Übergangs von 4 Zoll zu 6 Zoll.