Il 2023 ha visto i produttori cinesi di wafer SiC fare un salto di qualità verso la produzione di substrati da 8 pollici

Dell’argomento si occupa un approfondito report di TrendForce che mette in evidenza la grande avanzata tecnologica e produttiva dell’industria cinese nel 2023 nella produzione di wafer SiC da 8 pollici.  

La crescente domanda in settori come i veicoli elettrici, le comunicazioni 5G e il fotovoltaico stanno alimentando la rapida crescita dell’industria del carburo di silicio (SiC).

Nei mesi scorsi ci siamo ampiamente occupati delle attività dei principali attori del settore (STMicroelectronics, Infineon, onsemi e Wolfspeed). Tuttavia, insieme alle aziende leader occidentali, anche i produttori cinesi hanno intensificando i loro sforzi di ricerca e sviluppo. L’obiettivo è quello di superare le sfide tecnologiche e assicurarsi una quota del mercato globale, in particolare di quello dei substrati.

Dell’argomento si occupa un approfondito report di TrendForce, società taiwanese di consulenza e ricerche di mercato. Il report è focalizzato sulla grande avanzata tecnologica e produttiva dell’industria cinese in questo settore nel 2023.

Da questo punto di vista, l’arrivo dei substrati SiC da 8 pollici è cruciale e segna un traguardo tecnologico significativo che tutti desiderano, aprendo nuove possibilità. 

Il punto di svolta: substrati SiC da 8 pollici

Il carburo di silicio presenta i vantaggi di un bandgap più ampio, con un campo elettrico di rottura più elevato e un’eccezionale conduttività termica. Le sue prestazioni nelle applicazioni ad alta temperatura, alta pressione e alta frequenza lo posizionano come una pietra di riferimento nel settore dei materiali semiconduttori.

Alimentato dalla crescente domanda a valle, l’industria del SiC è nel mezzo di una velocissima fase di espansione.

L’analisi di TrendForce prevede che il mercato dei dispositivi di potenza SiC raggiungerà i 2,28 miliardi di dollari nel 2023, con un impressionante tasso di crescita annuo del 41,4%. Entro il 2026, si prevede che questo mercato si espanderà ulteriormente, raggiungendo i 5,33 miliardi di dollari.

La struttura dei costi

La struttura dei costi dei dispositivi SiC comprende substrati, epitassia, tape out e processi di imballaggio. I substrati rappresentano un sostanziale 45% dei costi di produzione totali. Per ridurre i costi per dispositivo, la strategia ruota attorno all’ampliamento dei substrati SiC e all’aumento del numero di die per substrato. In particolare, i substrati SiC da 8 pollici offrono notevoli vantaggi in termini di costo rispetto alle loro controparti da 6 pollici.

I dati di Wolfspeed rivelano che la transizione dai substrati da 6 pollici a 8 pollici comporta un modesto aumento dei costi di lavorazione ma produce un impressionante aumento dell’80-90% nella produzione di chip avanzati. Lo spessore maggiore dei substrati da 8 pollici aiuta a mantenere la forma durante la lavorazione, riduce la curvatura dei bordi e minimizza la densità dei difetti. Di conseguenza, l’adozione di substrati da 8 pollici può portare a una sostanziale riduzione del 50% dei costi di produzione unitari.

L’analisi di TrendForce

Secondo l’analisi di TrendForce, attualmente l’industria del carburo di silicio si concentra sui substrati da 6 pollici, che detengono una quota di mercato dell’80%, mentre i substrati da 8 pollici rappresentano solo il 2%. La transizione verso wafer più grandi da 8 pollici rappresenta una strategia cruciale per ridurre ulteriormente i costi dei dispositivi SiC. Con la maturazione dei wafer da 8 pollici, si prevede che il loro prezzo sarà circa 1,5 volte quello dei wafer da 6 pollici, mentre produrranno circa 1,8 volte il numero di die rispetto ai wafer SiC da 6 pollici, migliorando notevolmente l’utilizzo dei wafer.

Il settore sta progredendo costantemente passando dai substrati da 6 pollici a quelli da 8 pollici, offrendo ai produttori cinesi un’opportunità unica per avanzare. I dati di TrendForce suggeriscono che l’attuale quota di mercato dei prodotti da 8 pollici è inferiore al 2%, con una crescita prevista a circa il 15% entro il 2026.

Cogliere l’attimo: avanzamento dei substrati SiC da 8 pollici

Gli esperti del settore evidenziano le duplici sfide legate alla coltivazione di cristalli SiC da 8 pollici: lo sviluppo di cristalli seme da 8 pollici e l’uniformità del campo di temperatura, oltre alla distribuzione del materiale in fase gassosa, efficienza di trasporto e aumento dello stress che porta alla rottura dei cristalli.

Secondo gli esperti del settore, il 2023 è destinato a diventare “l’anno del SiC da 8 pollici”. Nel corso dell’anno, i giganti globali dei semiconduttori di potenza come Wolfspeed e STMicroelectronics hanno accelerato i loro sforzi per sviluppare SiC da 8 pollici. In Cina, sono stati raggiunti progressi significativi nei segmenti delle apparecchiature, dei substrati e dell’epitassia SiC, con numerosi leader del settore che hanno stretto alleanze con i giganti internazionali dei semiconduttori di potenza.

Le dieci aziende cinesi più importanti del settore

I dati di TrendForce relativi al mercato dei semiconduttori compositi rivelano che 10 imprese e istituzioni in Cina stanno attualmente portando avanti lo sviluppo di substrati in carburo di silicio (SiC) da 8 pollici. Questi includono Semisic, JSG, SICC, Summit Crystal, Synlight, Institute of Physics Chinese Academy of Sciences, Shandong University, TankeBlue, KY Semiconductor, IV-Semitec.

Questo l’elenco delle loro iniziative nel 2023 nel campo dei substrati SiC da 8 pollici:

KY Semiconduttore

• Aprile 2023: completata con successo la linea pilota SiC da 8 pollici.
• Giugno 2023: raggiunta una resa media di crescita dei cristalli superiore al 50% nella linea pilota SiC da 8 pollici con spessore dei cristalli superiore a 15 mm.
• Settembre 2023: lanciato con successo il laboratorio di lavorazione del substrato SiC da 8 pollici.

IV-Semitec

• Maggio 2023: crescita di lingotti di carburo di silicio di tipo N da 8 pollici con uno spessore di 27 millimetri.
• Settembre 2023: firmato un accordo di cooperazione strategica con Spectrum Semiconductor e Gietsic per lo sviluppo congiunto di prodotti legati al SiC.
• Ottobre 2023: iniziata la costruzione della linea pilota per substrati SiC, con una capacità di produzione annua di 600.000 substrati SiC da 6-8 pollici.

Summit Crystal

• Giugno 2023: Inaugurata la Base di Jinan con una capacità produttiva prevista di 500.000 pezzi. L’obiettivo è raggiungere la piena produzione entro il 2025, con un valore di produzione previsto superiore a 5 miliardi di RMB.
• Agosto 2023: in collaborazione con l’Università di Shangdong , sono stati prodotti con successo wafer SiC da 8 pollici, con densità TSD (threading screw dislocation) di 0.55 cm^-2, e densità BPD (basal plane dislocation) di 202 cm^-2.

Hoshine Silicon

• Maggio 2023: completato con successo lo sviluppo e la produzione in serie di substrati in carburo di silicio da 8 pollici.
• Ottobre 2023: 20.000 substrati SiC hanno superato l’ispezione di accettazione, dimostrando la capacità di produzione di massa.

Synlight

• Settembre 2021: lanciato il progetto di crescita del carburo di silicio monocristallino con l’intenzione di raggiungere una capacità produttiva annua di 100.000 pezzi in piena produzione.
• Aprile 2023: sviluppo con successo di campioni di cristalli di carburo di silicio da 8 pollici e pianificazione per avviare la produzione su piccola scala entro la fine dell’anno.

TankeBlue

• Gennaio 2023: preparati con successo cristalli singoli 4H-SiC con un diametro di 209 mm utilizzando il metodo del trasporto fisico del vapore (PVT) e prodotti substrati monocristallini SiC standard da 8 pollici.
• Maggio 2023: firmato un accordo di fornitura con Infineon e iniziato a fornire materiali in carburo di silicio.
• Agosto 2023: inizia la costruzione del progetto di espansione della seconda fase, prevedendo di aumentare la capacità di 160.000 pezzi.

JSG

• Giugno 2023: sviluppata con successo un’apparecchiatura per la crescita epitassiale in carburo di silicio a wafer singolo da 8 pollici compatibile con la produzione epitassiale in carburo di silicio da 6 e 8 pollici.
• Ottobre 2023: raggiungimento dello sviluppo e della messa in servizio indipendenti di un’apparecchiatura per la crescita epitassiale in carburo di silicio a wafer singolo da 8 pollici con uniformità di spessore entro l’1,5% e uniformità del drogante entro il 4%.

SanAn Optoelectronics

• Costituita una joint venture con STMicroelectronics per costruire un impianto di produzione di dispositivi in ​​carburo di silicio da 8 pollici, il cui avvio della produzione è previsto nel quarto trimestre del 2025.
• Settembre 2023: annunciato il substrato in carburo di silicio da 8 pollici con una capacità produttiva di 12.000 pezzi al mese e una capacità di GaN-on-Silicon di 2.000 pezzi al mese.
• Ottobre 2023: avvio della produzione su piccola scala e del campionamento di substrati in carburo di silicio da 8 pollici utilizzando una tecnologia a basso costo con bassa densità di difetti.

SICC

• Maggio 2023: firmato un nuovo accordo di fornitura di substrati e lingotti con Infineon, prevedendo la transizione ai wafer in carburo di silicio da 8 pollici.
• Giugno 2023: Cristalli di carburo di silicio da 8 pollici a basso difetto preparati con successo con uno spessore superiore a 60 mm.