对话Soitec：拓宽Smart Cut技术应用范围，为解决SiC产业难题提供思路

在Thomas看来，各领域技术的相继成熟将会极大推动相关产业的发展，而在产业链上下游厂商的积极投入下，作为其中的关键底层技术之一，碳化硅商用亦可期可谈。

随着新能源汽车的大规模商用和5G时代的来临，产品市场对碳化硅（SiC）材料的需求呈现了前所未有的爆发式增长。据IHS研究数据预测，2017年的碳化硅市场总量为3.99亿美元，而在2023年将会达到16.44亿美元，年复合增长率达到26.6%。其中，新能源汽车领域年复合增长率达到了惊人的81.4%。

对于半导体产业链上的厂商来说，这是不可错失的“风口”。其中颇具代表性的就是华为，今年下半年它不仅投资了我国碳化硅材料龙头企业——山东天岳，它旗下的芯片公司海思使用诸多以碳化硅为材料的元件来开发产品也不是什么行业秘密。

作为专注于衬底产品的研发和供应商，Soitec公司全球战略执行副总裁Thomas Piliszczuk表示他们也看好碳化硅市场，同时认为这是不可多得的机会，“我们预测，在2024年全球总体有效市场（TAM）对碳化硅晶圆的需求将会达到每年400到500万片。”

图 | Soitec全球战略执行副总裁 Thomas Piliszczuk

碳化硅与半导体碰撞，大规模商用之路可期

说起碳化硅材料，它的应用范围十分广泛。目前业内普遍认为，对于碳化材料来说，半导体行业是其发展潜力最大和产业附加值最高的应用方向，而对于未来新兴的新能源汽车和5G市场所要用到的基本原器件来说，碳化硅也是满足其性能的最佳材料选择。

“与硅晶体相比较来看，碳化硅的优势其实非常明显，因为它能够提供更高的功率密度，这样我们的使用效率会更高，设备的尺寸会更小，相应来看电池体积也会更小，这是非常吸引客户的优点。”

Thomas举例介绍表示，与传统逆变器模块相比较，使用碳化硅材料的逆变器模块电池效能提高了10%，与此同时，它可以将电池体积缩小30%。

“除此之外，在射频的应用方面，碳化硅也有非常明显的优势，特别是可以提供更好的散热（temperature dissipation）性能，这点在基站的建设上非常重要。”

如Thomas所言，在未来行业发展过程中，不管是电动汽车的制造和生产，还是在射频和5G的应用上面，碳化硅的优势会非常明显地体现在产品端。因此它也吸引了一大波厂商的参与。

“以汽车产业链来看，意法半导体、英飞凌、安森美等器件设计制造厂都在基于碳化硅衬底做大胆的尝试，下游的汽车制造厂，如特斯拉，它也已经采用了碳化硅材料，还有大众、比亚迪等车厂，它们在碳化硅的技术和使用上都有非常宏大、长远的路线。”

拓宽Smart Cut技术应用领域，推动碳化硅衬底量产

虽然前景可观市场需求极大，但有趣的是整个碳化硅市场如今却没有呈现出快速增长的态势，主要原因还在于碳化硅晶圆的产能和良率一直难以有所突破，它也成为了横亘在所有半导体厂商面前的难题。

说起碳化硅半导体的商用发展，它的研发工作从上世纪70年代就开始了，到80年代碳化硅晶体质量和制造工艺获得了大幅改进，并伴随着美国、欧洲和日本开始投入资源进行研发，90年代末行业开始加速发展。

2001年，英飞凌推出针对电源方向的碳化硅器件，随后ST、罗姆、飞兆等纷纷推出相应产品，碳化硅材料的商用之路逐步推进，但直到2006年，碳化硅晶体管才正式面世，后来2011年碳化硅MOSFET面世，基于碳化硅材料的半导体元器件产业才开始蓬勃发展。

不难发现，相较于碳化硅材料在电力电源领域的发展与应用，碳化硅在更为广泛的半导体领域的商用相对要晚，因此对各家厂商来说，一步一步迭代技术并推进产能和良率的提升就成为当下的紧要任务。

在这样的一个需求和发展契机下，Soitec的Smart Cut技术受到了业界的关注。利用这项技术，它曾实现了原有的硅等材料衬底的量产和高良率，因此材料领域等上下游厂商认为，将这项技术应用到碳化硅生产中，或有望为良率的提升提供新思路。

图 | 使用Smart Cut切割的碳化硅晶圆片

具体如何应用到生产过程并提升产品良率的呢？Thomas解释说，“我们主要使用Smart Cut技术将碳化硅晶圆体进行精准切割，将他们切割成超薄单晶碳化硅层，再将切割后的超薄单晶碳化硅层放置在其他的材料之上，而形成了一个全新的结构，但是这个结构和我们纯的碳化硅的材料相比将会带来同样或更好的电气性能。这样，我们可以增加良率并提高性能。通过切割碳化硅晶圆成10个或更多超薄单晶碳化硅层，我们将一个碳化硅晶圆制作出10个或更多碳化硅。”

这里，Thomas特别提到，这套技术在碳化硅生产上的应用Soitec很早之前就已经有所尝试了，只是还未将之推广和应用。

“我们眼前所面临的主要任务就是将这项技术进行一个推广和量产，在几周之前，我们通过跟应用材料（Applied Materials）公司合作的项目，也是代表了这一决心。”

据Thomas介绍，Soitec目标在2020年年中实现基于Smart Cut技术的碳化硅衬底样品的制造完成，并于2021年上半年实现基于Smart Cut技术的碳化硅产品量产。

融合产业链力量，为5G、新能源产业发展铺路

虽然高良率的量产在即，但是“量产”前夜，整个行业还是不免紧张，无论是在碳化硅材料领域处于领先地位的科锐、罗姆，还是日渐活跃的ST、东芝、华为等大厂，都在积极投入并谋划着未来的市场布局。

不过有意思的是，在克服行业技术难题时，合作已经成为业内厂商的首选，如UnitedSiC与ADI等，而共同团结产业链上下游力量成为了大家彼此之间心照不宣的选择。

Soitec与Applied Materials之间的合作就是其中典型的一例。

“碳化硅带来的市场机会，我们认为非常重要，也非常难得。一方面市场需求很大，另一方面市场对于碳化硅材料的要求又很有挑战性，那从Soitec的角度来说，我们就希望能够抓住这次机会，而其中的关键就是要与我们的行业伙伴一起来携手合作。”

Thomas强调表示，能够合作成功，Soitec与Applied Materials主要愿意各展所长，共同去解决产业难题。其中Soitec提供了材料制造的经验、专家力量以及Smart Cut技术；而Applied Materials则提供设备方面的一些专业知识和供应、流程的整合及流程的优化等方面。

“我们也是希望两家公司能够携手起来共同推进碳化硅材料的升级和发展，能够让我们更快，也能够更稳的抓住我们市场上的关键客户。”

简而言之，对于Soitec来说，合作双赢是最终目标，自始至终它的核心关注点都将在怎样做出更加合适的衬底以及如何将碳化硅材料和技术融合进行工业化中。

“我们预计在2020年上半年结束的时候，也就是从现在起的未来六个月的时间节点，我们希望能够将样品寄送到我们客户那里。如果客户满意，符合他们的要求，我们希望实现量产的时间是在2021年的上半年或者更早些时候。”

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