對話(huà)Soitec：拓寬Smart Cut技術(shù)應用范圍，為解決SiC產(chǎn)業(yè)難題提供思路

在Thomas看來(lái)，各領(lǐng)域技術(shù)的相繼成熟將會(huì )極大推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而在產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠(chǎng)商的積極投入下，作為其中的關(guān)鍵底層技術(shù)之一，碳化硅商用亦可期可談。

隨著(zhù)新能源汽車(chē)的大規模商用和5G時(shí)代的來(lái)臨，產(chǎn)品市場(chǎng)對碳化硅（SiC）材料的需求呈現了前所未有的爆發(fā)式增長(cháng)。據IHS研究數據預測，2017年的碳化硅市場(chǎng)總量為3.99億美元，而在2023年將會(huì )達到16.44億美元，年復合增長(cháng)率達到26.6%。其中，新能源汽車(chē)領(lǐng)域年復合增長(cháng)率達到了驚人的81.4%。

對于半導體產(chǎn)業(yè)鏈上的廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，這是不可錯失的“風(fēng)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(yè)——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(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品也不是什么行業(yè)秘密。

作為專(zhuān)注于襯底產(chǎn)品的研發(fā)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(chǎng)，同時(shí)認為這是不可多得的機會(huì )，“我們預測，在2024年全球總體有效市場(chǎng)（TAM）對碳化硅晶圓的需求將會(huì )達到每年400到500萬(wàn)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(shuō)起碳化硅材料，它的應用范圍十分廣泛。目前業(yè)內普遍認為，對于碳化材料來(lái)說(shuō)，半導體行業(yè)是其發(fā)展潛力最大和產(chǎn)業(yè)附加值最高的應用方向，而對于未來(lái)新興的新能源汽車(chē)和5G市場(chǎng)所要用到的基本原器件來(lái)說(shuō)，碳化硅也是滿(mǎn)足其性能的最佳材料選擇。

“與硅晶體相比較來(lái)看，碳化硅的優(yōu)勢其實(shí)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(huì )更高，設備的尺寸會(huì )更小，相應來(lái)看電池體積也會(huì )更小，這是非常吸引客戶(hù)的優(yōu)點(diǎn)。”

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(shí)，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(yōu)勢，特別是可以提供更好的散熱（temperature dissipation）性能，這點(diǎn)在基站的建設上非常重要。”

如Thomas所言，在未來(lái)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，不管是電動(dòng)汽車(chē)的制造和生產(chǎn)，還是在射頻和5G的應用上面，碳化硅的優(yōu)勢會(huì )非常明顯地體現在產(chǎn)品端。因此它也吸引了一大波廠(chǎng)商的參與。

“以汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，意法半導體、英飛凌、安森美等器件設計制造廠(chǎng)都在基于碳化硅襯底做大膽的嘗試，下游的汽車(chē)制造廠(chǎng)，如特斯拉，它也已經(jīng)采用了碳化硅材料，還有大眾、比亞迪等車(chē)廠(chǎng)，它們在碳化硅的技術(shù)和使用上都有非常宏大、長(cháng)遠的路線(xiàn)。”

拓寬Smart Cut技術(shù)應用領(lǐng)域，推動(dòng)碳化硅襯底量產(chǎn)

雖然前景可觀(guān)市場(chǎng)需求極大，但有趣的是整個(gè)碳化硅市場(chǎng)如今卻沒(méi)有呈現出快速增長(cháng)的態(tài)勢，主要原因還在于碳化硅晶圓的產(chǎn)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(chǎng)商面前的難題。

說(shuō)起碳化硅半導體的商用發(fā)展，它的研發(fā)工作從上世紀70年代就開(kāi)始了，到80年代碳化硅晶體質(zhì)量和制造工藝獲得了大幅改進(jìn)，并伴隨著(zhù)美國、歐洲和日本開(kāi)始投入資源進(jìn)行研發(fā)，90年代末行業(yè)開(kāi)始加速發(fā)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(chǎn)品，碳化硅材料的商用之路逐步推進(jìn)，但直到2006年，碳化硅晶體管才正式面世，后來(lái)2011年碳化硅MOSFET面世，基于碳化硅材料的半導體元器件產(chǎn)業(yè)才開(kāi)始蓬勃發(fā)展。

不難發(fā)現，相較于碳化硅材料在電力電源領(lǐng)域的發(fā)展與應用，碳化硅在更為廣泛的半導體領(lǐng)域的商用相對要晚，因此對各家廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，一步一步迭代技術(shù)并推進(jìn)產(chǎn)能和良率的提升就成為當下的緊要任務(wù)。

在這樣的一個(gè)需求和發(fā)展契機下，Soitec的Smart Cut技術(shù)受到了業(yè)界的關(guān)注。利用這項技術(shù)，它曾實(shí)現了原有的硅等材料襯底的量產(chǎn)和高良率，因此材料領(lǐng)域等上下游廠(chǎng)商認為，將這項技術(shù)應用到碳化硅生產(chǎn)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(chǎn)過(guò)程并提升產(chǎn)品良率的呢？Thomas解釋說(shuō)，“我們主要使用Smart Cut技術(shù)將碳化硅晶圓體進(jìn)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(gè)全新的結構，但是這個(gè)結構和我們純的碳化硅的材料相比將會(huì )帶來(lái)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(guò)切割碳化硅晶圓成10個(gè)或更多超薄單晶碳化硅層，我們將一個(gè)碳化硅晶圓制作出10個(gè)或更多碳化硅。”

這里，Thomas特別提到，這套技術(shù)在碳化硅生產(chǎn)上的應用Soitec很早之前就已經(jīng)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(wù)就是將這項技術(shù)進(jìn)行一個(gè)推廣和量產(chǎn)，在幾周之前，我們通過(guò)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(shí)現基于Smart Cut技術(shù)的碳化硅襯底樣品的制造完成，并于2021年上半年實(shí)現基于Smart Cut技術(shù)的碳化硅產(chǎn)品量產(chǎn)。

融合產(chǎn)業(yè)鏈力量，為5G、新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展鋪路

雖然高良率的量產(chǎn)在即，但是“量產(chǎn)”前夜，整個(gè)行業(yè)還是不免緊張，無(wú)論是在碳化硅材料領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的科銳、羅姆，還是日漸活躍的ST、東芝、華為等大廠(chǎng)，都在積極投入并謀劃著(zhù)未來(lái)的市場(chǎng)布局。

不過(guò)有意思的是，在克服行業(yè)技術(shù)難題時(shí)，合作已經(jīng)成為業(yè)內廠(chǎng)商的首選，如UnitedSiC與ADI等，而共同團結產(chǎn)業(yè)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(lái)的市場(chǎng)機會(huì )，我們認為非常重要，也非常難得。一方面市場(chǎng)需求很大，另一方面市場(chǎng)對于碳化硅材料的要求又很有挑戰性，那從Soitec的角度來(lái)說(shuō)，我們就希望能夠抓住這次機會(huì )，而其中的關(guān)鍵就是要與我們的行業(yè)伙伴一起來(lái)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(cháng)，共同去解決產(chǎn)業(yè)難題。其中Soitec提供了材料制造的經(jīng)驗、專(zhuān)家力量以及Smart Cut技術(shù)；而Applied Materials則提供設備方面的一些專(zhuān)業(yè)知識和供應、流程的整合及流程的優(yōu)化等方面。

“我們也是希望兩家公司能夠攜手起來(lái)共同推進(jìn)碳化硅材料的升級和發(fā)展，能夠讓我們更快，也能夠更穩的抓住我們市場(chǎng)上的關(guān)鍵客戶(hù)。”

簡(jiǎn)而言之，對于Soitec來(lái)說(shuō)，合作雙贏(yíng)是最終目標，自始至終它的核心關(guān)注點(diǎn)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(shù)融合進(jìn)行工業(yè)化中。

“我們預計在2020年上半年結束的時(shí)候，也就是從現在起的未來(lái)六個(gè)月的時(shí)間節點(diǎn)，我們希望能夠將樣品寄送到我們客戶(hù)那里。如果客戶(hù)滿(mǎn)意，符合他們的要求，我們希望實(shí)現量產(chǎn)的時(shí)間是在2021年的上半年或者更早些時(shí)候。”

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