Umstieg auf 200-mm-Wafer Bosch startet Serienfertigung von Silziumkarbid-Halbleitern

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Bosch hat in Reutlingen mit der Großserienfertigung von Siliziumkarbid-(SiC-)Chips begonnen. Künftig soll die Fertigungskapazität von SiC-Leistungshalbleitern auf eine Stückzahl im dreistelligen Millionenbereich erhöht werden.

Nach mehrjähriger Entwicklungszeit hat Bosch im Dezember die Serienproduktion von Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid (SiC) im Werk Reutlingen gestartet. Die Fertigungskapazitäten sollen auch noch weiter ausgebaut werden: Die derzeitige Liefercharge sei bereits ausverkauft, die neue Produktionskapazität mit 200-mm-Wafern wird erst 2023 in Betrieb gehen.

Bosch hatte vor zwei Jahren angekündigt, die Entwicklung von SiC-Chips voranzutreiben und in die Produktion mit eigenen Fertigungsverfahren einzusteigen. Seit Anfang 2021 liefert das Unternehmen bereits Muster zur Kundenvalidierung. Parallel dazu arbeitet Bosch bereits an der zweiten Generation von Bauelementen. Diese soll nächstes Jahr in Serie gehen soll.

SiC-Chip-Produktion im dreistelligen Millionenbereich

Den Markt für Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid erwartet in den kommenden Jahren ein enormes Wachstum. Das Marktforschungs- und Beratungsunternehmen Yole prognostiziert, dass der SiC-Markt insgesamt bis 2025 um durchschnittlich 30% pro Jahr auf über 2,5 Mrd. US-Dollar wachsen wird, davon 1,5 Mrd. US-Dollar für Elektrofahrzeuge.Hier möchte Bosch auf eine Marktführerschaft hinarbeiten.

„Siliziumkarbid-Halbleiter haben eine große Zukunft. Wir wollen weltweit führend bei der Herstellung von SiC-Chips für die Elektromobilität werden", sagt Harald Kröger, Geschäftsführer der Robert Bosch GmbH. Dank des anhaltenden Booms in der Elektromobilität seien die Auftragsbücher bestens gefüllt.

Bosch will seine Produktionskapazität für SiC-Leistungshalbleiter auf Hunderte Millionen Bauelemente ausbauen. Um dies zu erreichen, soll die Reinraumfläche am Standort Reutlingen weiter ausgebaut werden. Bereits 2021 wird die Reinraumfläche der Bosch-Waferfertigung in Reutlingen um 1.000 Quadratmeter erweitert. Bis Ende 2023 sollen nun weitere 3.000 Quadratmeter hinzukommen. Dort sollen entstehen moderne Fertigunganlagen entstehen, auf denen Bosch die Siliziumkarbid-Halbleiter mit selbstentwickelten Prozessen herstellen will. Künftig plant das Unternehmen, die Halbleiter auf 200-Millimeter-Wafern herzustellen. Gegenüber den aktuell eingesetzten Wafern mit einem Durchmesser von 150 Millimetern könnten damit wichtige Skaleneffekte erzielt werden. „Durch die Produktion auf größeren Wafern können wir in einem Fertigungsdurchlauf deutlich mehr Chips herstellen und somit auch mehr Kunden beliefern“, sagt Kröger.

Ausbau wird mittels IPCEI-Initiative gefördert

Unterstützung erhält das Unternehmen hierbei durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen der „Important Project of Common European Interest (IPCEI)" - Initiative zu Mikroelektronik. „Mit unserer Förderung tragen wir bereits seit mehreren Jahren dazu bei, die Halbleiterproduktion in Deutschland zu etablieren," sagt der noch amtierende Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier. „Die hoch innovative Halbleiterfertigung von Bosch stärkt das Mikroelektronik-Ökosystem in Europa und ist ein weiterer Schritt in Richtung größerer Unabhängigkeit auf diesem zentralen Feld der Digitalisierung".

Altmeier forderte seine EU-Amtskollegen nachdrücklich auf, die IPCEI-Projekte zu beschleunigen, um die Halbleiterproduktion zu unterstützen und eine unabhängige Lieferkette für SiC-Halbleiter in Europa aufzubauen.

Vorhandene Energie besonders effizient nutzen

SiC gilt als Schlüsseltechnologie, an der sich derzeit vor allem Infineon und STMicroelectronics als Hauptlieferanten hervortun. Andere Marktteilnehmer wie OnSemi und II-VI in den USA und Foxconn in Taiwan wollen ebenfalls wichtige Lieferanten von SiC-Bauelementen werden. Die Versorgung mit spezialisierten SiC-Wafern wird ein Schlüsselfaktor für die Deckung der Nachfrage sein. Aus diesem Grund haben in den vergangenen Jahren bereits unter anderem ST, II-VI und OnSemi Wafer-Unternehmen erworben. Infineons Versuch, durch die Übernahme des US-Wafermachers Wolfspeed seine Produktionskapazitäten in dem Bereich auszubauen, war 2017 nach einer Intervention der US-Regierung geplatzt.

„Mit Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid lässt sich vorhandene Energie besonders effizient nutzen. Diese Vorteile spielt das Material insbesondere bei energieintensiven Anwendungen wie der Elektromobilität aus“, sagt Kröger. In Leistungselektroniken von Elektrofahrzeugen sorgen Siliziumkarbid-Chips dafür, dass Autofahrer mit einer Batterieladung deutlich weiter fahren können – im Schnitt rund 6% verglichen mit ihren Pendants aus Silizium.

Bosch liefert die Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid künftig an Kunden auf der ganzen Welt – sowohl als einzelne Chips als auch verbaut in Leistungselektroniken oder Komplettlösungen wie der eAchse. Aus diesem Verbund von Elektromotor, Getriebe und Leistungselektronik, soll sich nach Unternehmensangaben "dank des effizienter ausgelegten Gesamtsystems ein Wirkungsgrad von bis zu 96%" ergeben. Somit stünde mehr Energie für den Antrieb zur Verfügung, was für eine höhere Reichweite sorgt.

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