SiCウェハーはなぜ200mmへ移るのか――大口径化を「面積」だけで読まない

面積比は約1.78倍、使えるチップ数は自動では決まらない

直径200mmの円と150mmの円を幾何学的に比べると、面積比は（200÷150）の二乗で約1.78倍になる。同じ大きさのチップを並べるなら、200mmウェハーの方が一枚当たりの候補数を増やしやすい。ウェハー外周では完全な長方形を切り出せないため、チップの形と大きさによっては面積比以上に端部の損失割合を小さくできる場合もある。

ただし、候補数と良品数は別である。欠陥が多い、膜厚や不純物濃度が面内でばらつく、反りによって装置内の保持や露光が安定しない、といった問題があれば、使えるチップは増えない。装置の処理時間、材料価格、設備投資、歩留まりを合わせて初めて一個当たりの経済性が決まる。NEDOも200mm化の狙いを生産性向上とコスト低減に置く一方、大口径化に伴う欠陥と反りを課題として挙げている。

SiCは「大きな円盤」を作る入口から難しい

シリコンと同じ直径の表記でも、材料の作り方は同じではない。SiC基板は、まず単結晶を大きく育て、切断、研磨してウェハーにする。直径が広がるほど、結晶成長中の温度分布や成長状態を広い範囲でそろえ、転位などの欠陥を抑えながら、厚さと形状を管理する難度が上がる。大きく作れたことと、デバイス製造に安定して使えることの間には工程がある。

このため、発表の言葉を分けて読む必要がある。「試作」「サンプル出荷」「顧客認定」「商用供給」「量産」は同じ段階ではない。Wolfspeedは2025年9月、顧客評価向けを含む200mm SiCベアウェハーとエピタキシャルウェハーの商用提供開始を発表した。これは供給側の進展を示すが、同社による発表であり、すべての顧客や製品が200mmへ移行したという意味ではない。

基板の上に、均一なエピタキシャル層を作る

パワーデバイスでは、研磨した基板の上に、電流を担う高品質なSiC層をエピタキシャル成長させる。必要な耐圧やオン抵抗を設計するには、その層の厚さと不純物濃度を管理しなければならない。200mmでは中心から外周までの距離が長くなるため、ガスの流れ、温度、成長速度を面内でそろえる範囲も広がる。

つまり、200mmの基板だけを確保しても移行は終わらない。基板欠陥を把握し、エピタキシャル成長後の分布を測り、デバイス工程が許容できる仕様へ合わせる必要がある。NEDOのグリーンイノベーション基金でも、200mm SiCウェハーの低欠陥・低コスト化と、200mmデバイス製造技術が別々ではなく並行する開発項目として置かれている。

工場はウェハーの直径だけを交換できない

前工程では、成膜、熱処理、イオン注入、洗浄、露光、エッチング、検査、搬送などが連なる。200mm化では、各装置が新しい寸法を扱えるだけでなく、保持部品、搬送容器、温度レシピ、面内測定、欠陥検査まで再び整合させる必要がある。150mmで確立した条件を単純に拡大コピーすることはできない。

STMicroelectronicsは2024年5月、イタリア・カターニアに、SiC基板、エピタキシャル成長、200mm前工程、モジュール後工程を集約する拠点を設け、2026年の生産開始を目指すと発表した。企業計画であるため予定は更新され得るが、材料からデバイス、パッケージまでを近接させる設計は、口径移行が装置一台の置換ではないことを示している。

設備の見方では、単に「200mm対応」と書かれているかだけでなく、処理能力、温度の面内分布、搬送の自動化、計測器の測定範囲まで確認したい。新設ラインなら全体を200mm前提で設計できるが、既存工場の転換では、残せる装置と更新すべき装置を切り分ける必要がある。立ち上げ初期は条件出しと工程認定に時間を使うため、名目上のウェハー枚数がそのまま実効生産能力になるわけでもない。投資額だけでなく、量産条件をどこまで固定できたかが重要である。

200mm化は供給網の同時進行で決まる

デバイス工場が200mm対応でも、基板とエピタキシャルウェハーの供給量が足りなければ稼働率は上がらない。反対に材料が供給されても、顧客側の工程認定と製品設計が追いつかなければ需要は立ち上がらない。装置メーカー、材料メーカー、デバイスメーカー、モジュールメーカーの投資時期がかみ合うことが重要である。

NEDOは2026年4月、ロームが200mm SiCデバイス製造ラインを整備し、エピタキシャル成長技術とデバイス工程を組み合わせたと公表した。これは日本の移行が実装段階へ進んだ例である。一方、各社の製品、工場、供給契約は異なるため、「200mmのラインができた」ことを業界全体の一斉切り替えと読んではならない。150mmと200mmは、需要と設備償却に応じて一定期間併存すると考えるのが自然である。

発表を読むときの三つの確認点

第一に、対象が基板、エピタキシャルウェハー、前工程、モジュールのどこかを見る。第二に、段階が研究試作、サンプル、認定、量産のどこかを確認する。第三に、面積比ではなく、欠陥密度、面内均一性、歩留まり、稼働能力がどう示されているかを探す。数字が企業目標なのか、実績なのかも分ける。

200mm化の価値は、一枚を大きくした事実ではなく、良品を安定して増やせる製造系を作れるかにある。約1.78倍という面積比は入口として便利だが、結晶、エピタキシャル層、装置、認定、供給量を結ぶ説明がなければ経済性は判断できない。ニュースを見るときは「何mmか」に加えて、「どの工程まで、どの段階で、何がそろったのか」を読むことが要点である。