De 4 a 8 pulgadas: una década de crecimiento de semiconductores de SiC

En 2013, la industria preguntó si el carburo de silicio podría comercializarse. Diez años después, el SiC alimenta los vehículos eléctricos y la energía renovable, y la competencia real se ha desplazado a los materiales, los equipos y el rendimiento de la fabricación. En una década, las obleas de SiC crecieron de 4 a 8 pulgadas a medida que los equipos de epitaxia avanzaban. Más allá de la propia oblea, los recubrimientos CVD SiC, CVD SiC sólido y TaC ahora mantienen el equipo resistente a la corrosión y a altas temperaturas funcionando de manera confiable. VETEK Semiconductor suministra las tres soluciones de materiales para la fabricación de SiC a escala.

La década de transformación del SiC: del material de laboratorio al semiconductor de potencia convencional

El SiC pasó de ser un material de laboratorio prometedor en 2013 a una tecnología convencional que sustenta los vehículos eléctricos, la electrónica de potencia y la conversión de energía en la actualidad, y el enfoque de la industria ha pasado de probar la tecnología a dominar la fabricación a escala.

La siguiente tabla resume cómo cambiaron las prioridades de la industria del SiC durante la última década.

2013 frente a la actualidad: cómo ha cambiado el enfoque de la industria del SiC

El desafío principal de la comercialización de SiC: la tecnología epitaxia

Los equipos de epitaxia siempre han sido el cuello de botella técnico para la comercialización de SiC: el progreso de la industria se puede seguir directamente a través de la evolución de los reactores de epitaxia, desde las primeras plataformas de 6 pulgadas hasta los sistemas automatizados actuales de 150 mm/200 mm.

En 2013, la comercialización de SiC se estaba acelerando y los fabricantes de equipos competían principalmente en torno a la capacidad de epitaxia de SiC de 6 pulgadas (150 mm). Semiconductor Today informó sobre varios sistemas representativos en ese momento:

Equipo representativo de epitaxia de SiC, 2013

Estos primeros sistemas se diseñaron para resolver cuatro problemas: lograr una epitaxia de SiC de 6 pulgadas, mejorar la uniformidad de la capa epitaxial, reducir la densidad de defectos y satisfacer las necesidades de la comercialización temprana de dispositivos de energía.

A medida que la adopción de vehículos eléctricos, la infraestructura de carga de vehículos eléctricos, los sistemas de almacenamiento y energía solar y los mercados de energía industrial se expandieron rápidamente, la demanda de dispositivos de SiC creció en consecuencia, y los equipos de epitaxia evolucionaron desde plataformas de investigación y desarrollo de lotes pequeños hasta sistemas de próxima generación diseñados para la fabricación a gran escala. Las plataformas representativas actuales incluyen:

Equipos representativos de epitaxia de SiC en la actualidad

De 4 a 8 pulgadas: cómo el escalado de obleas reduce los costos y aumenta la producción

Cada paso en el diámetro de las obleas de SiC (de 4 a 6 pulgadas, y ahora hacia las 8 pulgadas) existe para aumentar la producción por oblea y reducir el costo de fabricación, y la industria se encuentra ahora en medio de la transición de 6 a 8 pulgadas.

En 2013, la industria del SiC estaba presionando para pasar de obleas de 4 a 6 pulgadas. Empresas como Cree, Dow Corning, Showa Denko y Norstel estaban ampliando su capacidad de epitaxia y sustrato de SiC de 6 pulgadas en ese momento. El objetivo de pasar a obleas más grandes era sencillo: aumentar la producción por oblea, reducir los costos de fabricación y mejorar la escalabilidad en toda la industria.

Más de una década después, esa misma lógica está impulsando el cambio de 6 pulgadas a 8 pulgadas. GlobalWafers, el tercer mayor fabricante de obleas de silicio del mundo, ha declarado que la producción de obleas de SiC de 8 pulgadas en toda la industria se aceleraría drásticamente entre 2025 y 2026, una transición que se consideraba poco realista apenas dos años antes (GlobalWafers, 2023). Onsemi y Resonac también se han fijado como objetivo el año 2025 para calificar y mejorar sustratos de SiC de 8 pulgadas y obleas epitaxiales (Compound Semiconductor News, 2024).

¿Qué cambia cuando las obleas de SiC crecen?

A medida que aumentan los requisitos de calidad y diámetro de la oblea, los materiales y componentes del equipo utilizados durante todo el proceso de fabricación se han vuelto tan decisivos para el progreso del SiC como las propias obleas.

Más allá de la oblea: por qué los componentes de los equipos son tan importantes como los chips de SiC

Las obleas de SiC, los MOSFET y los módulos de potencia reciben la mayor parte de la atención, pero los componentes del equipo dentro de los reactores de epitaxia y de crecimiento de cristales enfrentan condiciones igualmente extremas, y el grafito tradicional por sí solo ya no es suficiente para cumplir con los requisitos actuales.

Las discusiones sobre la industria del SiC tienden a centrarse en tres cosas: obleas de SiC, MOSFET de SiC y módulos de potencia. En la práctica, los componentes del equipo utilizados para fabricarlos son igualmente importantes. Dentro de los reactores de epitaxia, hornos de crecimiento de cristales y otros procesos de semiconductores de alta temperatura, los componentes internos deben resistir:

• Ambientes de temperatura ultra alta

• Gases de proceso corrosivos como H₂ y HCl

• Estrictos requisitos de limpieza para evitar contaminar la oblea.

El grafito tradicional ofrece un sólido rendimiento térmico, pero con un uso prolongado es propenso a la corrosión de la superficie, la generación de partículas y una vida útil más corta, todo lo cual amenaza directamente el rendimiento de las obleas y la consistencia del proceso. Esta es la brecha que la tecnología de recubrimiento CVD SiC ha ido intentando cerrar cada vez más.

Recubrimiento CVD SiC: la tecnología detrás de equipos confiables de alta temperatura

La epitaxia de SiC y el recubrimiento de SiC son dos tecnologías distintas que sirven para diferentes propósitos: la epitaxia fabrica el material semiconductor en sí, mientras que el recubrimiento CVD de SiC protege el equipo que lo fabrica.

La epitaxia de SiC se utiliza para fabricar material semiconductor. El recubrimiento SiC CVD, por el contrario, se aplica principalmente a componentes internos críticos de equipos semiconductores, para mejorar su resistencia a las altas temperaturas y la corrosión.

Epitaxia de SiC frente a recubrimiento de SiC: dos tecnologías diferentes 

Cómo funciona el compuesto de grafito + SiC

Los componentes de grafito recubiertos de CVD SiC ahora se usan ampliamente en equipos de epitaxia de SiC, equipos MOCVD, equipos de epitaxia LED y equipos de tratamiento térmico RTP/RTA. La depositación de una densa capa de SiC sobre grafito de alta pureza combina las fortalezas de ambos materiales:

Por qué el grafito + SiC funciona como compuesto

Soluciones avanzadas de materiales de SiC de VETEK Semiconductor

A medida que los semiconductores de tercera generación continúan escalando, VETEK Semiconductor suministra tres soluciones de materiales complementarios (grafito recubierto de CVD SiC, recubrimientos CVD SiC sólido y TaC) diseñados para las demandas térmicas y químicas específicas de los equipos de fabricación de SiC.

Componentes de grafito recubiertos de SiC CVD

Los componentes de grafito recubiertos de CVD SiC de VETEK se utilizan en susceptores de epitaxia de SiC, portadores de MOCVD, portadores de obleas, componentes de media luna y componentes térmicos semiconductores.

• Recubrimiento de SiC de alta pureza

• Excelente uniformidad térmica

• Estabilidad a altas temperaturas

• Fuerte resistencia a la corrosión

Componentes de grafito recubiertos de SiC VETEK CVD para aplicaciones térmicas de semiconductores, epitaxia de SiC y MOCVD.

Componentes sólidos CVD SiC

Para procesos avanzados de grabado y alta temperatura, Solid CVD SiC ofrece un mayor grado de rendimiento del material. Las aplicaciones típicas incluyen anillos de enfoque, componentes RTP/EPI y componentes de proceso de plasma.

• Estructura densa y no porosa

• Generación de partículas extremadamente baja

• Excelente resistencia al plasma

• Larga vida útil

Anillos de enfoque y plasma CVD SiC sólidoscomponentes de proceso para aplicaciones avanzadas de grabado y RTP/EPI.

Soluciones de recubrimiento TaC

A medida que las temperaturas de crecimiento de los cristales de SiC continúan aumentando, los recubrimientos de carburo de tantalio (TaC) se han convertido en un material importante para los campos térmicos de temperaturas ultraaltas. TaC ofrece mayor estabilidad a la temperatura, excelente resistencia a la oxidación y excelente estabilidad química, adecuado para equipos de crecimiento de cristales de SiC, componentes de campos térmicos de alta temperatura y entornos de fabricación de semiconductores de tercera generación.

Componentes de zona caliente recubiertos con TaC diseñados para el crecimiento de cristales de SiC a temperaturas ultraaltas.

Juntas, estas tres líneas de productos abordan las diferentes demandas térmicas y químicas que se encuentran en toda la cadena de fabricación de SiC:

Las tres soluciones de materiales de SiC de VETEK de un vistazo

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre epitaxia de SiC y recubrimiento de SiC?

La epitaxia de SiC genera una capa de carburo de silicio cristalino para fabricar obleas y dispositivos semiconductores. El recubrimiento de SiC (CVD SiC) deposita una capa delgada y densa de SiC sobre grafito u otros sustratos para proteger los componentes del equipo del calor y la corrosión. Sirven para diferentes propósitos dentro de la misma cadena de fabricación.

2. ¿Por qué el grafito se recubre con SiC en lugar de utilizarse solo?

El grafito desnudo tiene una excelente conductividad térmica y estabilidad, pero se corroe y genera partículas cuando se expone a altas temperaturas y gases como H₂ y HCl con el tiempo. Un denso recubrimiento CVD SiC agrega dureza, resistencia química y estabilidad a altas temperaturas al tiempo que preserva el rendimiento térmico del grafito.

3. ¿Para qué se utiliza el SiC CVD sólido?

El SiC CVD sólido es un material de carburo de silicio no poroso y totalmente denso que se utiliza en procesos avanzados de grabado y alta temperatura, incluidos anillos de enfoque, componentes RTP/EPI y piezas de procesos de plasma, aplicaciones que requieren una generación de partículas extremadamente baja y una larga vida útil.

4. ¿Por qué el crecimiento de cristales de SiC necesita recubrimientos de TaC?

A medida que los procesos de crecimiento de cristales de SiC avanzan hacia temperaturas más altas, los componentes de la zona caliente necesitan materiales que resistan la oxidación y se mantengan químicamente estables bajo calor extremo. Los recubrimientos de TaC ofrecen una mayor estabilidad a la temperatura que el grafito solo, lo que los hace muy adecuados para hornos de crecimiento de cristales de SiC y componentes de campos térmicos de alta temperatura.

5. ¿Por qué la industria está pasando de obleas de SiC de 6 a 8 pulgadas?

Las obleas más grandes aumentan la cantidad de matrices por oblea, lo que reduce el costo de fabricación por chip y mejora la escalabilidad. Los fabricantes de obleas y chips ahora están calificando sustratos de SiC de 8 pulgadas y obleas epitaxiales para satisfacer la creciente demanda de vehículos eléctricos, energía renovable y electrónica de potencia industrial.

Resumen: La fabricación de SiC ha entrado en la era de la competencia en capacidad de procesos

La pregunta que define la industria del SiC ha cambiado: desde si el material podría comercializarse hasta qué tan eficiente, limpia y consistentemente se puede fabricar a escala.

En 2013, la pregunta central de la industria era si el SiC podría comercializarse. Hoy, más de una década después, la pregunta es: ¿cómo se pueden fabricar productos de SiC con mayor eficiencia, menos defectos y mayor estabilidad?

A medida que la industria del SiC continúa expandiéndose, los diámetros de oblea más grandes, la tecnología de epitaxia mejorada y los equipos de fabricación optimizados siguen siendo las direcciones centrales del desarrollo de la industria. Al mismo tiempo, los recubrimientos CVD SiC de alta pureza, los materiales CVD SiC sólido y TaC se están convirtiendo en tecnologías clave para garantizar la estabilidad de la fabricación de semiconductores.

VETEK Semiconductor sigue centrado en materiales semiconductores avanzados, proporcionando soluciones de materiales confiables para la epitaxia de SiC, el crecimiento de cristales y la fabricación de semiconductores a alta temperatura, respaldando la próxima generación de la industria de semiconductores.

Acerca de Semiconductores VETEK

VETEK Semiconductor diseña y fabrica componentes de recubrimiento de grafito recubierto de CVD SiC, CVD sólido de SiC y TaC para epitaxia de SiC, MOCVD, crecimiento de cristales y equipos semiconductores de alta temperatura. Este artículo fue preparado por el equipo de ingeniería de materiales de VETEK, basándose en informes de la industria de Semiconductor Today y análisis actuales del mercado de obleas de SiC, y refleja la experiencia directa de VETEK en el suministro de componentes a líneas de fabricación de SiC.

Fuentes a las que se hace referencia: Semiconductor Today (artículo de la industria de 2013); Declaraciones públicas de GlobalWafers (2023); Noticias de semiconductores compuestos (2024); Análisis de precios de obleas Patsnap Eureka SiC (2025). Las cifras y especificaciones de equipos de los productos VETEK se basan en la documentación interna del producto.