世界初の300mm SiCパワーデバイス、インフィニオンが製造成功　チップ数は2.3倍に

この半導体ニュースのまとめ

・インフィニオンが300mm SiCウェハ上に動作可能なパワーデバイスを形成
・200mmウェハと比べて1枚当たり2.3倍のチップを製造可能
・既存のSi製造装置とコールドスプリット技術を活用し将来の量産化を検討

Infineon Technologies(インフィニオンテクノロジーズ)は11月9日(ドイツ時間)、オーストリアのフィラッハ工場において、300mm SiCウェハ上に動作可能なパワーデバイスを形成することに成功したと発表した。

同社によると、本格的な半導体製造環境で300mm SiCウェハを動作可能なパワーデバイスへ加工したのは世界初。研究室レベルの試作にとどまらず、既存のシリコン半導体向け製造装置を使用して形成した点を特徴としている。

300mm SiCウェハを手にするインフィニオンのCEOであるJochen Hanebeck氏。オーストリアのフィラッハ工場で動作可能なパワーデバイスの形成に成功した (出所:Infineon Technologies)

300mm化でチップ数を2.3倍へ

300mmウェハは、200mmウェハと比べて面積が約2.25倍となる。同じサイズのデバイスを製造する場合、ウェハ端部などの条件を考慮しても、1枚当たりに得られるチップ数を2約.3倍に増やせることとなる。

SiCパワー半導体は、Siを用いたパワー半導体と比べて電力損失を抑えやすく、高電圧や高温の環境でも高効率に動作できる。一方、SiCウェハはSiウェハよりも製造や加工が難しく、大口径化に伴って結晶品質や加工精度、歩留まりを安定させる技術が必要となる。

インフィニオンは2025年2月、200mm SiCウェハを用いて製造したパワー半導体製品の顧客向け供給を開始している。今回の成果は、SiCウェハをさらに300mmへ大口径化し、将来的な製造効率の向上と供給能力の拡大につなげる取り組みとなる。

インフィニオンの300mm SiCウェハと200mm SiCウェハ。300mm化により、ウェハ1枚当たりに得られるチップ数を200mm比で2.3倍に増やせるという (出所:Infineon Technologies)

既存のシリコン製造装置を活用

今回の300mm SiCパワーデバイスは、フィラッハ工場に設置されている既存のシリコン半導体向け製造装置を活用して形成したという。

300mmウェハはシリコン半導体の製造で広く利用されており、製造装置や搬送設備、計測装置を含む量産インフラが整備されている。既存設備をSiCにも活用できれば、専用設備を新たにそろえる場合と比べて設備投資を抑えながら、生産能力を拡大できる可能性がある。

インフィニオンは、今回の成果によって300mm SiCプロセスの技術的な実現可能性を示せたとしている。ただし、300mm SiCを用いた量産開始時期は決定していない。

同社は200mm SiCの製造ロードマップを引き続き進めながら、市場需要や顧客、パートナーとの協議を踏まえて、300mm技術の産業化と量産立ち上げの時期を判断する。

車載からAIデータセンターまでを想定

SiCパワー半導体は、電力変換時の損失低減、電力密度の向上、高電圧・高温環境での高効率動作を可能にする。

主な用途として、電気自動車(EV)のトラクションインバータやオンボードチャージャ、EV充電器、再生可能エネルギー設備、大規模エネルギー貯蔵システム、産業用ドライブ、無停電電源装置などが挙げられる。

AIデータセンターでも、GPUやAIアクセラレータの消費電力増加に伴い、電源システムの変換効率を高める必要性が増している。SiCは、ソリッドステートトランスフォーマー(SST:半導体変圧器)、サーキットブレーカー、電源供給ユニット(PSU)などでの活用が期待されている。

インフィニオンは、SiCパワー半導体「CoolSiC」ポートフォリオを通じ、車載や産業用途に加えてAIデータセンター向けの需要にも対応する考えだ。

コールドスプリットを300mm SiCへ適用

インフィニオンはドイツのドレスデン拠点において、300mm SiCウェハへコールドスプリット技術を適用することにも成功した。

コールドスプリットは、SiCの結晶塊であるブールの内部へレーザーで分離層を形成し、冷却時に生じる応力を利用してウェハを分離する技術となる。

従来のワイヤーソーでSiCブールを切断する方式では、切断部分が削りくずとなり、材料の一部が失われる。コールドスプリットは切断時の材料損失を抑え、加工時間も短縮できるため、同じSiC結晶から取得できるウェハ枚数を増やすことができる。

300mm化によるウェハ1枚当たりのチップ数の増加と、コールドスプリットによる材料利用効率の向上を組み合わせ、SiCパワー半導体の生産効率と供給能力を高める狙いとなる。

Si、SiC、GaNの300mm製造基盤を整備

インフィニオンは、Si、SiC、GaNという3種類の半導体材料を用いたパワー半導体を製造している。

2026年10月には、フィラッハ拠点における300mm GaNパワー半導体の量産施設へ、2034年までに約11億ユーロを投資すると発表した。2027年末までの生産開始を予定しており、300mm化によるチップ数の増加と製造コストの低減を目指している。

今回、300mm SiCウェハ上でも動作可能なパワーデバイスの形成に成功したことで、300mm GaNに続き、2つ目のワイドバンドギャップ半導体材料で300mm製造への道筋を示した。

インフィニオンが手掛けるSi、SiC、GaNの300mmウェハ。3種類の材料を用いたパワー半導体の製造基盤を整備している (出所:Infineon Technologies)

インフィニオンのCEOであるJochen Hanebeck氏は、今回の成果について、300mm SiC技術を研究室から製造環境へ移行させる大きな進歩だと説明しており、今後、200mm SiCの量産拡大を進めながら、将来の300mm化に向けた技術と製造基盤を整え、車載、再生可能エネルギー、産業機器、AIデータセンター向けの長期的なSiC供給につなげるとしている。