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Interview: Dr. John Palmour, Wolfspeed

»Thema Die Shrink noch lange nicht ausgereizt«

27. Juni 2022, 14:30 Uhr | Engelbert Hopf

Dr. John Palmour, Wolfspeed (li.): »Als weltweit größter Hersteller von Siliziumkarbid führen wir den gesamten Wertschöpfungsprozess vom Boule bis zum fertigen Produkt im eigenen Haus durch. Natürlich denken wir auch über Ansätze nach, SiC-Wafer in Zukunft dünner zu machen.«

Als Mitbegründer von Wolfspeed, ehemals Cree, hat sich Dr. John Palmour von Anfang an für Siliziumkarbid engagiert und die Entwicklung solcher Dioden und MOSFETs vorangetrieben. Als CTO von Wolfspeed sieht er die technischen Vorteile der planaren SiC-MOSFETs noch lange nicht ausgeschöpft.

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Markt&Technik: Herr Dr. Palmour, Wolfspeed hat Ende April sein neues 200-mm-Werk im Mohawk Valley eröffnet. Wie viele SiC-MOSFETs passen auf einen 200-mm-Wafer? Wie hoch ist die zusätzliche Ausbeute im Vergleich zu den 150-mm-Wafern?

Dr. John Palmour: Lassen Sie es mich so ausdrücken: Das ist deutlich mehr Wafer-Fläche! Rein flächenmäßig würde ich sagen, es sind 80 bis 85 Prozent mehr. Aber noch wichtiger ist, dass der Skalierungseffekt der größeren Wafer es uns ermöglicht, die Herstellungskosten unserer SiC-MOSFETs um bis zu 30 Prozent zu senken.

SiC ist ein sehr hartes, sprödes Material. Erwarten Sie, dass die Fehlerdichte beim Übergang von 150 mm auf 200 mm ähnlich zunehmen wird wie beim Übergang von 100-mm- auf 150-mm-Wafer?

Ich erwarte nicht, dass wir dies in dieser Form wieder erleben werden. Wir haben mehr als 35 Jahre Erfahrung mit Siliziumkarbid gesammelt, und davon profitieren wir jetzt stark.

Eine hypothetische Frage aus heutiger Sicht: Werden wir in 10, 15 Jahren den Übergang zur Herstellung von SiC-MOSFETs auf 300-mm-Wafern erleben?

Ich denke, das hängt in erster Linie davon ab, welches Marktvolumen an SiC-MOSFETs bis dahin erreicht wird. Wenn die Nachfrage groß genug ist, könnte die Produktion auf 300-mm-Wafern auch rentabel sein. Ich erwarte keine signifikanten technischen Grenzen bei einer Umstellung auf 300-mm-Wafer. Bei der Kristallzüchtung ginge es um Zeit und Geld, um dorthin zu gelangen. Für die Herstellung von Bauelementen hat das klassische Silizium den Weg für die Prozesse und die Handhabung von 300-mm-Wafern in der Produktion geebnet. Auch hier denke ich, dass, wenn die Nachfragesituation stimmt, eine Umstellung auf 300-mm-Wafer im Zeitrahmen von 10 bis 15 Jahren für die Produktion von SiC-MOSFETs hilfreich sein könnte.

Welche Erfahrungen haben Sie mit der derzeitigen Umstellung auf 200-mm-Wafer bei den Maschinen- und Anlagenherstellern gemacht? Wie viele Hersteller von Anlagen für die 200-mm-SiC-Produktion gibt es heute bereits?

Wir haben mit etwa einem halben Dutzend Anlagenherstellern zusammengearbeitet. Einige von ihnen haben spezielle Maschinen nur für unsere Prozesse entwickelt. Und ich möchte betonen, dass wir eine hochautomatisierte Fertigung haben. Zu Beginn hatten wir den Plan, die neue Fabrik nach und nach mit 200-mm-Maschinen zu bestücken. Von dieser Strategie sind wir aber schnell abgerückt und sind stolz auf die Leistung und den Automatisierungsgrad, den wir in so kurzer Zeit erreichen konnten. Angesichts der langen Lieferzeiten im Anlagenbereich gehen wir davon aus, dass die Fabrik bereits 2024 die volle Produktionskapazität für die vorhandenen Anlagen erreichen wird, und wir sind dabei, zügig die Werkzeuge zu beschaffen, um die Fabrik in den darauffolgenden Jahren vollständig zu bestücken.

Eine Frage zur Prozesstechnologie: Wie dick sind Ihre SiC-Wafer heute?

Wir haben mit einer Dicke von 500 µm für die 200-mm-Wafer begonnen, dicker als die 350 µm, die wir für unsere 150-mm-Wafer verwenden. Das ist absolut auf der sicheren Seite. Es gibt verschiedene Ansätze, um die Wafer noch dünner zu machen. Als weltweit größter Hersteller von Siliziumkarbid, der den gesamten Wertschöpfungsprozess vom Boule bis zum fertigen Produkt im eigenen Haus durchführt, denken wir natürlich auch über solche Lösungen nach.

Derzeit stellen einige SiC-MOSFET-Hersteller ihre vierte Generation her. Dennoch steht SiC sicherlich noch am Anfang der Optimierungskurve. Wo sehen Sie die weiteren Optimierungsschritte?

Wenn ich mir den Einschaltwiderstand der vierten Generation anschaue, sind wir sicherlich noch einen Faktor 10 von dem entfernt, was theoretisch machbar ist. Auch das Thema »Die Shrink« ist noch lange nicht ausgereizt. Wenn ich mir unsere ersten SiC-MOSFETs vor elf Jahren und unsere aktuelle vierte Generation anschaue, dann liegt der Die Shrink zwischen diesen Produkten bei 62,5 Prozent.