對話Soitec：拓寬Smart Cut技術應用范圍，為解決SiC產業難題提供思路

在Thomas看來，各領域技術的相繼成熟將會極大推動相關產業的發展，而在產業鏈上下游廠商的積極投入下，作為其中的關鍵底層技術之一，碳化硅商用亦可期可談。

隨著新能源汽車的大規模商用和5G時代的來臨，產品市場對碳化硅（SiC）材料的需求呈現了前所未有的爆發式增長。據IHS研究數據預測，2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元，而在2023年將會達到16.44億美元，年復合增長率達到26.6%。其中，新能源汽車領域年復合增長率達到了驚人的81.4%。

對于半導體產業鏈上的廠商來說，這是不可錯失的“風口”。其中頗具代表性的就是華為，今年下半年它不僅投資了我國碳化硅材料龍頭企業——山東天岳，它旗下的芯片公司海思使用諸多以碳化硅為材料的元件來開發產品也不是什么行業秘密。

作為專注于襯底產品的研發和供應商，Soitec公司全球戰略執行副總裁Thomas Piliszczuk表示他們也看好碳化硅市場，同時認為這是不可多得的機會，“我們預測，在2024年全球總體有效市場（TAM）對碳化硅晶圓的需求將會達到每年400到500萬片。”

圖 | Soitec全球戰略執行副總裁 Thomas Piliszczuk

碳化硅與半導體碰撞，大規模商用之路可期

說起碳化硅材料，它的應用范圍十分廣泛。目前業內普遍認為，對于碳化材料來說，半導體行業是其發展潛力最大和產業附加值最高的應用方向，而對于未來新興的新能源汽車和5G市場所要用到的基本原器件來說，碳化硅也是滿足其性能的最佳材料選擇。

“與硅晶體相比較來看，碳化硅的優勢其實非常明顯，因為它能夠提供更高的功率密度，這樣我們的使用效率會更高，設備的尺寸會更小，相應來看電池體積也會更小，這是非常吸引客戶的優點。”

Thomas舉例介紹表示，與傳統逆變器模塊相比較，使用碳化硅材料的逆變器模塊電池效能提高了10%，與此同時，它可以將電池體積縮小30%。

“除此之外，在射頻的應用方面，碳化硅也有非常明顯的優勢，特別是可以提供更好的散熱（temperature dissipation）性能，這點在基站的建設上非常重要。”

如Thomas所言，在未來行業發展過程中，不管是電動汽車的制造和生產，還是在射頻和5G的應用上面，碳化硅的優勢會非常明顯地體現在產品端。因此它也吸引了一大波廠商的參與。

“以汽車產業鏈來看，意法半導體、英飛凌、安森美等器件設計制造廠都在基于碳化硅襯底做大膽的嘗試，下游的汽車制造廠，如特斯拉，它也已經采用了碳化硅材料，還有大眾、比亞迪等車廠，它們在碳化硅的技術和使用上都有非常宏大、長遠的路線。”

拓寬Smart Cut技術應用領域，推動碳化硅襯底量產

雖然前景可觀市場需求極大，但有趣的是整個碳化硅市場如今卻沒有呈現出快速增長的態勢，主要原因還在于碳化硅晶圓的產能和良率一直難以有所突破，它也成為了橫亙在所有半導體廠商面前的難題。

說起碳化硅半導體的商用發展，它的研發工作從上世紀70年代就開始了，到80年代碳化硅晶體質量和制造工藝獲得了大幅改進，并伴隨著美國、歐洲和日本開始投入資源進行研發，90年代末行業開始加速發展。

2001年，英飛凌推出針對電源方向的碳化硅器件，隨后ST、羅姆、飛兆等紛紛推出相應產品，碳化硅材料的商用之路逐步推進，但直到2006年，碳化硅晶體管才正式面世，后來2011年碳化硅MOSFET面世，基于碳化硅材料的半導體元器件產業才開始蓬勃發展。

不難發現，相較于碳化硅材料在電力電源領域的發展與應用，碳化硅在更為廣泛的半導體領域的商用相對要晚，因此對各家廠商來說，一步一步迭代技術并推進產能和良率的提升就成為當下的緊要任務。

在這樣的一個需求和發展契機下，Soitec的Smart Cut技術受到了業界的關注。利用這項技術，它曾實現了原有的硅等材料襯底的量產和高良率，因此材料領域等上下游廠商認為，將這項技術應用到碳化硅生產中，或有望為良率的提升提供新思路。

圖 | 使用Smart Cut切割的碳化硅晶圓片

具體如何應用到生產過程并提升產品良率的呢？Thomas解釋說，“我們主要使用Smart Cut技術將碳化硅晶圓體進行精準切割，將他們切割成超薄單晶碳化硅層，再將切割后的超薄單晶碳化硅層放置在其他的材料之上，而形成了一個全新的結構，但是這個結構和我們純的碳化硅的材料相比將會帶來同樣或更好的電氣性能。這樣，我們可以增加良率并提高性能。通過切割碳化硅晶圓成10個或更多超薄單晶碳化硅層，我們將一個碳化硅晶圓制作出10個或更多碳化硅。”

這里，Thomas特別提到，這套技術在碳化硅生產上的應用Soitec很早之前就已經有所嘗試了，只是還未將之推廣和應用。

“我們眼前所面臨的主要任務就是將這項技術進行一個推廣和量產，在幾周之前，我們通過跟應用材料（Applied Materials）公司合作的項目，也是代表了這一決心。”

據Thomas介紹，Soitec目標在2020年年中實現基于Smart Cut技術的碳化硅襯底樣品的制造完成，并于2021年上半年實現基于Smart Cut技術的碳化硅產品量產。

融合產業鏈力量，為5G、新能源產業發展鋪路

雖然高良率的量產在即，但是“量產”前夜，整個行業還是不免緊張，無論是在碳化硅材料領域處于領先地位的科銳、羅姆，還是日漸活躍的ST、東芝、華為等大廠，都在積極投入并謀劃著未來的市場布局。

不過有意思的是，在克服行業技術難題時，合作已經成為業內廠商的首選，如UnitedSiC與ADI等，而共同團結產業鏈上下游力量成為了大家彼此之間心照不宣的選擇。

Soitec與Applied Materials之間的合作就是其中典型的一例。

“碳化硅帶來的市場機會，我們認為非常重要，也非常難得。一方面市場需求很大，另一方面市場對于碳化硅材料的要求又很有挑戰性，那從Soitec的角度來說，我們就希望能夠抓住這次機會，而其中的關鍵就是要與我們的行業伙伴一起來攜手合作。”

Thomas強調表示，能夠合作成功，Soitec與Applied Materials主要愿意各展所長，共同去解決產業難題。其中Soitec提供了材料制造的經驗、專家力量以及Smart Cut技術；而Applied Materials則提供設備方面的一些專業知識和供應、流程的整合及流程的優化等方面。

“我們也是希望兩家公司能夠攜手起來共同推進碳化硅材料的升級和發展，能夠讓我們更快，也能夠更穩的抓住我們市場上的關鍵客戶。”

簡而言之，對于Soitec來說，合作雙贏是最終目標，自始至終它的核心關注點都將在怎樣做出更加合適的襯底以及如何將碳化硅材料和技術融合進行工業化中。

“我們預計在2020年上半年結束的時候，也就是從現在起的未來六個月的時間節點，我們希望能夠將樣品寄送到我們客戶那里。如果客戶滿意，符合他們的要求，我們希望實現量產的時間是在2021年的上半年或者更早些時候。”

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