【導讀】如ru果guo說shuo人ren類lei世shi界jie當dang前qian麵mian臨lin的de最zui緊jin迫po危wei機ji是shi如ru何he降jiang低di二er氧yang化hua碳tan排pai放fang量liang
，以yi減jian緩huan已yi經jing造zao成cheng的de災zai難nan性xing環huan境jing破po壞huai以yi及ji人ren口kou損sun害hai，那na麼me

，在zai當dang前qian的de地di球qiu溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang中zhong，交jiao通tong業ye的de“貢獻”最大
，傳統上它已被視為重要的汙染源。

Christophe Maleville

Soitec 創新部門副總裁

問題 1：相比傳統的碳化矽（SiC）技術，Soitec 的 SmartSiC™ 技術還較年輕
，您能否介紹一下它目前發展的成熟度？

Christophe Maleville：Soitec 的 SmartSiC™ 技術正在步入產業化階段。我們利用在 CEA-Leti （法國微電子研究實驗室法國原子能委員會電子與信息技術實驗室）的先進試驗線進行開發與原型設計
，並選擇記錄工具實現大批量生產。目前
，我們關注如何降低變異性
、缺陷率並提高良率，同時優化測量取樣
，以最佳的工藝流程進入大批量生產階段。Soitec 在批量應用 SmartCut™ 技術方麵已經擁有 30 年的經驗
，能夠借此加速 SmartSiC™ 工藝的成熟

，這是我們的優勢。Soitec已為2023 年的生產做好充足的準備。

問題 2：在降低產品的變異性方麵，SmartSiC™可以達到怎樣的水平？

Christophe Maleville：SiC 的前沿開發人員已經完成了大量出色的工作，他們在 SiC 的晶體質量和尺寸方麵做出了重大改進。目前，SiC 器件已經能夠為道路上日常行駛的電動汽車提供動力。但每個 SiC 晶錠以及每個晶錠內的每片晶圓都是不同的，這給生產帶來了相當大的變數。然而，憑借 SmartCut™ 工藝，每個晶圓都可以實現重複利用十次以上
，從而降低了變異性。通過使用外延層作為供體，我堅信我們的下一代SiC 晶圓——SmartSiC™ 晶圓，將完全消除源於晶體的變異性。通過在晶層轉移之前消除基麵位錯（BPD）
，用於器件生產的每片晶圓都將相同，這將有利於大批量生產

，與傳統矽技術之間的差距也將隨之縮小。

問題 3：Soitec 能否獨領變革？

Christophe Maleville：這是一場引領 SiC 器件性能與指標重大進步的革命。但我們並不是獨自前行。我們與戰略夥伴的合作涵蓋了方方麵麵，從技術研發組織、材料和設備供應商
，到領先的設備製造商。這為加速基於 SmartSiC™ 設備的應用和下一代產品的落地奠定了基礎。我們將於 2023 年開始第一代 SmartSiC™ 晶圓的生產。我們的開發周期非常短，從最初的開發工作到批量生產僅用了四年時間
，這充分展現了 Soitec 在行業生態係統內緊密合作的高效工作模式。

電動汽車助推電力電子領域的創新

如ru果guo說shuo人ren類lei世shi界jie當dang前qian麵mian臨lin的de最zui緊jin迫po危wei機ji是shi如ru何he降jiang低di二er氧yang化hua碳tan排pai放fang量liang
，以yi減jian緩huan已yi經jing造zao成cheng的de災zai難nan性xing環huan境jing破po壞huai以yi及ji人ren口kou損sun害hai，那na麼me，在zai當dang前qian的de地di球qiu溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang中zhong，交jiao通tong業ye的de“貢獻”最(zui)大(da)，傳(chuan)統(tong)上(shang)它(ta)已(yi)被(bei)視(shi)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)汙(wu)染(ran)源(yuan)。但(dan)現(xian)在(zai)，交(jiao)通(tong)行(xing)業(ye)已(yi)經(jing)揚(yang)帆(fan)起(qi)航(hang)，準(zhun)備(bei)迎(ying)接(jie)百(bai)年(nian)一(yi)遇(yu)的(de)重(zhong)大(da)轉(zhuan)型(xing)。交(jiao)通(tong)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)的(de)所(suo)有(you)利(li)益(yi)相(xiang)關(guan)者(zhe)
，包(bao)括(kuo)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)、公司、機構和客戶，都在努力塑造更綠色的未來，而電動汽車將是有助於減少機動車碳排放的關鍵創新驅動力。

更低的成本、更(geng)長(chang)的(de)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)和(he)更(geng)短(duan)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)正(zheng)在(zai)助(zhu)推(tui)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)應(ying)用(yong)。傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)優(you)化(hua)是(shi)推(tui)動(dong)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)突(tu)破(po)當(dang)前(qian)極(ji)限(xian)的(de)方(fang)向(xiang)，這(zhe)也(ye)是(shi)一(yi)項(xiang)密(mi)集(ji)且(qie)尖(jian)端(duan)的(de)研(yan)發(fa)主(zhu)題(ti)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)的(de)是(shi)直(zhi)流(liu)電(dian) (DC) ，而牽引電機隻接收交流電 （AC）
，牽引AC/DC 逆變器的效率就成為了提高動力傳動係統能源效率的關鍵。

特斯拉在 2018 年nian就jiu首shou次ci展zhan示shi了le碳tan化hua矽gui器qi件jian是shi動dong力li傳chuan動dong係xi統tong和he車che載zai充chong電dian器qi中zhong能neng夠gou以yi高gao性xing能neng水shui平ping管guan理li功gong率lv轉zhuan換huan的de最zui佳jia選xuan擇ze。隨sui著zhe每mei年nian汽qi車che銷xiao售shou數shu量liang的de不bu斷duan增zeng長chang（見圖 1），電動汽車中 SiC 的滲透率預計也將在未來十年顯著提升
，從 30% 躍升至70%。

圖 1：全球 EV 市場趨勢和 SiC 滲透率

根據碳化矽基器件與技術的滲透率預測，以及全球幾大主要的市場對 EV 需求的激增
，很顯然，健全有效的 SiC 供應鏈是確保 EV 被市場廣泛應用的關鍵。

diandongqicheshichangdedaolaijiqichaohuxunchangdejiasufazhan，weidianlidianzishichangzhongjienengjiejuefangantigonglejudadongli。xuduogonglvqijianzhizaoshangyijingzhidinglexiangyingdezhanlvejucuo，baokuojiadatouziyitishengdapiliangjingyuanzhizaonengli、建立垂直整合模式並進行戰略收購以鞏固其供應鏈等。

來自客戶的助推壓力，如要求傳動係統中擁有更高效率的逆變器，且能夠通過 800V 快充實現電池快速充電能力

，使得 SiC 器件成為人們關注的焦點。

SiC 早在二十年前就以電力電子中矽的顛覆性替代者的角色出現，盡管成本更高、製造工藝更複雜，但在能量轉換方麵優勢顯著。從 25 mm 發展到今天的 200 mm 晶圓，晶圓麵積的變大加上其他各方麵的改進， SiC 已成為在促進增長與提供設計機遇領域最具活力的市場之一。

EV 市場中的 SiC 成本效益比顯而易見，而汽車和工業市場也正是SiC前進的目標方向。

然而
，盡管特斯拉早在 2018 年就首次推出了應用於電動汽車的 SiC MOSFET，但截至目前
，SiC 仍然隻是一種用於高端工業和其他功率轉換應用的材料，設備製造商提供的產品範圍也相對狹窄。很少有專門為 EV 應用設計的器件，而其製造良率也仍然受到現有標準 SiC 晶圓缺陷率的影響。

電動汽車牽引逆變器所需的功率水平催生了新的器件需求，即單芯片電流處理水平需高達 200A。為了達到這一電氣性能水平，SiC MOSFET 單一表麵麵積需要至少達到 40mm²。但在標準單晶 SiC 襯底上製造這些器件無法達到必要的良率
，而且經濟上也不可行。此外，用於製造 SiC 晶錠的 PVT 工藝固有的缺陷範圍，直到今天仍然是實現高良率的物理障礙。

Soitec 全球領先的 SmartSiC™ 解決方案

Soitec 大展拳腳的時機已經來臨。

Soitec 每年在各種產品線（主要麵向智能手機）中銷售的 SmartCut™ 晶圓超過 200 萬片
，是射頻和手機市場中優化襯底的最大供應商。

目前，Soitec 希望在汽車和工業市場繼續保持成功。憑借深耕 SmartCut™ 工藝三十年的專業積澱，Soitec 推出了全新的顛覆性優化襯底 SmartSiC™，為晶圓電氣性能
、供應鏈生產力以及器件功率密度帶來了全新解決方案。

SmartSiC™ 還創造了器件層麵與係統層麵的顯著價值，助推了智慧移動（eMobility）的落地應用，並推動了充電基礎設施和可再生能源行業的完善。

過去幾年間
，Soitec 一直在格勒諾布爾 CEA-Leti 的襯底創新中心深入研究 SmartSiC™ 解決方案。該方案利用了單晶 SiC 襯底的卓越物理特性，通過將其作為供體可提供十倍的重複利用率，並結合了創新性的高導電多晶襯底作為操作晶圓（handle wafer）。

SmartSiC™ 晶圓可提供卓越性能：更環保、更高效
、更出色

SmartSiC™ 晶圓

無論是對於 150 mm晶圓還是 200 mm晶圓而言，SmartSiC™ 都是一種更環保、更高效
、更出色的技術解決方案
，有望成為 SiC 市場的行業標準之一。

SmartSiC™ 將可重複利用十次的優質單晶 SiC 與超高導電性操作晶圓相結合，與傳統 SiC 襯底相比，這種即插即用的解決方案可以無縫集成到所有現存的電源生產線中，並表現出明顯的商用
、環境與製造優勢。

簡單且節能的製造工藝使 SmartSiC™ 的碳足跡更少
，更為環保。與傳統 SiC 相比，每片SmartSiC™ 晶圓減少的碳排放量可高達 70%。

通過重複利用稀缺的 200mm 單晶供體
，Soitec 能夠助力這些大尺寸襯底的快速落地應用，賦能市場的增長。SmartSiC™ 的優化設計所帶來的卓越生產良率、更高的效率和功率密度
，為電力電子設備提供了更好的解決方案。相比塊狀 SiC，SmartSiC™ 具有更高的導電性
，可為功率器件（例如 MOSFET 或二極管）每平方毫米提供多達 20% 的電流。這是生成新一代功率器件的製勝秘訣。

Soitec 的 SmartSiC™ 產品係列由 SmartSiC™-Performance 和 SmartSiC™-Advanced 襯底組成。SmartSiC™-Performance 目前處於原型開發階段，正在與 Soitec 客戶進行驗證。而 Soitec 的創新團隊正在研發 SmartSiC™-Advanced 無 BPD 襯底
，該產品目前處於送樣階段。

圖 2： Soitec 獨特且專利的 SmartCut™ 工藝同樣適用於 SiC 材料

在具有超高導電性的多晶碳化矽操作襯底之上（其 150 mm 和 200 mm 晶圓的總厚度分別為 350 µm和500 µm），SmartSiC™ 襯底的優化設計能夠提供最高水準、厚度小於 1 µm的單晶 SiC 層。供體晶圓減去用於第一個 SmartSiC™ 晶圓的 1 µm 層之後，可重複用於第二個SmartSiC™ 晶圓。以此類推，每個供體晶圓至少可用於十個 SmartSiC™ 晶圓。

與塊狀 SiC 中使用的物理氣相傳輸 (PVT) 相比，采用多晶碳化矽作為每個 SmartSiC™ 晶圓生產的操作晶圓則是基於更環保、用時更短的化學氣相沉積 (CVD) 工藝。Soitec 和合作夥伴共同開發的 PolySiC 具有足夠的摻雜來控製襯底的導電性
，同時還能保持極具競爭力的成本優勢（見圖 3）。

圖 3：PolySiC 主要工藝步驟

經過多年積澱，無論成熟度還是專業儲備，Soitec 都具備能力定義並確保晶圓幾何構造的完美，而這恰是掌握晶圓鍵合的關鍵所在。2021 年 11 月 Soitec 收購NovaSiC，為公司帶來超過 25 年的 SiC 晶圓生產經驗，是Soitec 在碳化矽戰略路線上的又一裏程碑。

截至目前
，Soitec 的 SmartSiC™ 已在襯底工藝和設計中達到了穩定的高水平。經過密集和大規模的測試與原型設計，Soitec 生產的晶圓為市場
、電力設備和電力係統帶來的價值和益處顯著。采用 SmartSiC™ 生產的 MOSFET heerjiguanxingnengjunhuodedafutisheng，tongshiyongyoulegengweichangqidekekaoxinghegengqiangdegaowenwenjianxing。muqian，duojiashebeizhizaoshangyichengnuojiadaziyuantourulidu
，zaiqixiayidaichanpinderenzhengzhongcaiyong SmartSiC™。

探秘 SmartSiC™ 的研發

Soitec 最初派遣研發團隊深入研究SmartSiC™項目時，目的在於將 SiC 的製造良率提高到全球公認的矽基功率器件標準水平。

SmartCut™ 工藝可以保持來料供體晶圓的晶體質量。如圖 4 所示
，在供體和 SmartSiC™ 表麵的相同位置可以觀察到KOH（氫氧化鉀）蝕刻晶體產生的缺陷。

圖 4：晶體缺陷表征
、KOH 蝕刻和光學顯微鏡觀察結果；單晶 SiC 供體（左）和 SmartSiC™（右）點對點比對

為降低缺陷水平
，Soitec 探索並采用了一種新的概念，即在已去除基麵位錯 (BPD) 的供體上采用 Smart Cut™ 工藝。

利用單晶 SiC 晶圓獨特的生長特性，無BPD的供體能夠將無BPD 層轉移到多晶 SiC 操作晶圓上。這種新型優化襯底稱為SmartSiC™-Advanced。SmartSiC™-Advanced 襯底的 BPD 密度值如圖 5 所示。

圖 5：供體 SmartSiC™-Advanced 襯底中的 BPD 缺陷密度

具備無 BPD頂層的SmartSiC™-Advanced 襯底因此成為漂移外延環節的優質晶種層。

這明顯降低了致命缺陷的潛在成核位置密度，同時擴大了外延工藝窗口並簡化了外延堆棧，而且無需轉換緩衝層。

良率模擬和實驗表明
，這些改進將引入的外延生長致命缺陷密度降低了 10 倍，並且將大於 20 平方毫米的器件生產良率提高到 20% 以上。在器件可靠性方麵

，無基麵位錯層不僅可以防止位錯滑動
，還能消除器件中的雙極退化。Soitec 的下一代SmartSiC™-Advanced 襯底消除了 SiC 晶圓中的 BPD，對整個 SiC 行業而言，有望將 SiC 器件製造良率提升至 90%。

而且

，SmartSiC™ 中采用的多晶 SiC 操作襯底具有高摻雜水平

，這使 SiC 功率器件（二極管或MOSFET）背麵的歐姆接觸層更易製成。

Soitec 的最新研究證明，無需退火的歐姆接觸工藝可在SmartSiC™ 襯底上輕鬆執行，且長遠芯片組裝的可靠性不會因此受到影響。

Soitec 150 mm 的SmartSiC™-Advanced 產品已經開始送樣。其原型襯底正接受主要客戶的檢驗，並可根據需求向其他客戶彈性交付。更多數據已於 ICSCRM 2022 國際會議（2022 年碳化矽及相關材料國際會議）上進行公布。

SmartSiC™ 晶圓廠的啟動與擴產

圖 6：位於法國的新工廠貝寧 4 廠

大批量生產是 Soitec 的下一步目標舉措。Soitec 用於 SmartSiC™ 大規模生產的新工廠 Bernin 4 已於 2022 年 3 月破土動工，開工日期定為 2023 年年中（如圖 6 所示）。憑借最先進的設備設施，Soitec 將在 2024 年實現 SmartSiC™ 的產能提升；到 2030 年，SmartSiC™ 晶圓總產能（包括 150mm 和 200mm）將達到 100 萬片/年。其中大部分為 200mm 晶圓，這得益於 Soitec 的兩項關鍵技術：

圖7： 150 mm 和 200 mm 規格的 SmartSiC 晶圓

經過數十年的發展，晶圓的尺寸麵積不斷擴大，SmartCut™ 工藝的效益規模也呈現出指數級增長，而200 mm規格的晶圓變得愈發重要。

200 mm SmartSiC™ 晶圓所具備的10倍重複利用率，將成倍優化資源利用率，緩解供應鏈壓力，並加速汽車和工業市場中高質量晶圓的高效生產與應用。

隨著多個合作夥伴對 SmartSiC™-Performance 產品原型的認可（如圖 7所示），2022 年的產品認證正處於緊鑼密鼓地擴大範圍並加速推進中。

SmartSiC™ 晶圓正成為新的行業標準

電動汽車正在經曆百年一遇的變革
，市場上的創新成果不斷湧現。上一次交通業變革發生在二十世紀 90 年代左右，人類用了 15 年時間從馬車交通時代轉進入機械交通時代
；而鑒於 CO2 減排和減緩全球變暖的迫切需要，從汽油車時代進入電動車時代的轉變應該會更快。

自 2018 年特斯拉引入 SiC 並開創電動汽車市場以來
，這項技術已被大多數汽車製造商采納。然而，SiC 還需要克服在電氣性能

、產能、成本和良率方麵的眾多障礙，才能在電動汽車領域獨占鼇頭。

Soitec 成功預見了上述挑戰以及電動汽車行業蓬勃發展的勢頭。我們推出的 SmartSiC™ 是具有更高附加值的單晶 SiC 襯底替代品，能夠為更高效率的電源提供更環保、更高效
、更出色的解決方案。

由於單晶 SiC 供體晶圓可重複使用 10 次
，並且低 RDSON 功率器件的電導率提高了 10 倍，SmartSiC™ 已能夠實現大批量生產，並有望成為行業新標準。

Soitec 汽車與工業部門副總裁 Emmanuel Sabonnadiere 表示：“我們的 SmartSiC™ 襯底將成為加速電動汽車變革的關鍵，可幫助電力電子設備的能效與性能提升至新高度
，賦能電動汽車的發展。”

圖 8：SmartSiC™ 產業化藍圖

Soitec dechuangxinjiangzhulitishengziyuanliyongjinengxiao，zhutuijingjifazhanhefunengshangyechenggong。womendechuangxinchengguozhengzaituidongzhongduoxingyeheshengtaixitongdefazhan，erbandaotijiqijichuchendidezhanlvediweizhengshitamensuoyizhirenkede。

Soitec 的創新土壤孕育著美好未來！

注：Soitec 的四篇科學出版物已於 ICSCRM 2022 上正式發布。

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