打破SiC、GaN“價高良率差”的瓶頸就差這套得力的切割技術(shù)

在汽車、5G 等應(yīng)用的帶動下，中國的半導(dǎo)體市場保持了增長態(tài)勢。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019 年 1-6 月中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為 3048.2 億元，同比增長 11.8%。在數(shù)量增長的同時，新型應(yīng)用也對半導(dǎo)體性能提出更高的要求，這給第三代半導(dǎo)體材料帶來發(fā)展機會，尤其是 SiC 和 GaN，市場需求一路上漲。據(jù) Yole 預(yù)測，2021 年全球 SiC 市場規(guī)模將上漲到 5.5 億美元，GaN 市場將達到 3 億美元。

未來，半導(dǎo)體新材料會面臨哪些機遇和挑戰(zhàn)？在哪些行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用？如何解決 SiC 和 GaN 等新材料的發(fā)展瓶頸？帶著這些問題，與非網(wǎng)記者對 Soitec 全球戰(zhàn)略副總裁 Thomas Piliszczuk 先生進行了專訪。

在半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)中，決定其性能的除了材料還有襯底。Thomas Piliszczuk 形象地比喻：要生產(chǎn)美酒需要好的產(chǎn)地和土壤，半導(dǎo)體同樣需要出色的襯底，因為晶體管性能的好壞將直接影響晶圓的性能，而襯底可以改善晶體管的性能功耗、面積和成本權(quán)衡。Soitec 成立于 1992 年，目前是全球最大的優(yōu)化襯底供應(yīng)商，擁有的 Smart Cut、Smart Stacking、Epitaxy 等核心技術(shù)，主要服務(wù)于智能手機、汽車、云、物聯(lián)網(wǎng)四大市場。

Soitec 全球戰(zhàn)略副總裁 Thomas Piliszczuk 先生接受記者采訪

通過POI和GaN技術(shù)，迎接5G發(fā)展機遇

Soitec 擁有豐富的襯底產(chǎn)品組合，其 SOI 產(chǎn)品可以用于處理器與集成芯片、射頻前端模塊、高功率器件、光學、圖像傳感器等應(yīng)用，除此之外，Soitec 的產(chǎn)品線也延伸到除了硅以外的復(fù)合材料上。

隨著通信技術(shù)向 4G、5G 切換，頻譜越來越密集，智能手機需要射頻模塊進行過濾，而濾波器是射頻模塊的關(guān)鍵器件，從射頻模塊的演進可以看出，3G 時代一部手機只需要幾顆濾波器，到 4G 時代，一部手機的濾波器用量達到 60-80 個，預(yù)計 5G 時代，會達到 120-150 個。因此針對 4G 和 5G 應(yīng)用，Soitec 推出了 POI 技術(shù)來打造新一代濾波器。

POI 產(chǎn)品由 SiO2 層頂部的薄層壓電材料（目前為鉭酸鋰）和高電阻率硅襯底組成。這種結(jié)構(gòu)使濾波器設(shè)計人員能夠獲得具有更好耦合系數(shù)和更低熱膨脹系數(shù)的材料，使他們能夠設(shè)計具有更高品質(zhì)因數(shù)和更高頻率的諧振器，更大帶寬的濾波器，具有極低的溫度敏感性，可在同一芯片上集成多個濾波器。POI 產(chǎn)品使前端模塊制造商能夠更好地響應(yīng) 4G 和 6GHz 以下 5G 的嚴格要求，改善智能手機用戶的帶寬和覆蓋。

“我們預(yù)計每年市場需求會達到幾百萬片。”Thomas Piliszczuk 表示，“我們的 POI 生產(chǎn)線產(chǎn)能預(yù)計可擴大至 40 萬片每年。如果需求持續(xù)旺盛，我們會考慮以建立合作伙伴的方式來滿足客戶的需求。目前，我們的 POI 采用了 6 英寸技術(shù)，未來會發(fā)展到 200 毫米和 300 毫米的規(guī)格?！?/p>

預(yù)計未來五年內(nèi)，GaN 技術(shù)的市場應(yīng)用規(guī)模將達到每年 50 萬至 100 萬片晶圓。針對 GaN 技術(shù)，Soitec 選擇了收購之路，于今年 5 月以 3000 萬歐元現(xiàn)金收購了 EpiGaN，這家公司成立于 2010 年，其技術(shù)應(yīng)用于 5G 基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)和智能傳感器系統(tǒng)的電源，其 GaN 產(chǎn)品用于 RF、5G、電子元器件和傳感器應(yīng)用。

Thomas Piliszczuk 表示，迄今為止，我們基本磨合得非常成熟了，EpiGaN 已經(jīng)成為 Soitec 的一個業(yè)務(wù)單元。在汽車電力方面，包括 Power SOI、功率 FD-SOI，GaN 技術(shù)都有廣泛使用。

遵循兩大收購原則，不斷豐富自身產(chǎn)品線

除了收購 EpiGaN，補充 GaN 產(chǎn)品線，Soitec 還收購了 Dolphin Integration 部分股權(quán)，因為它可以為 FD-SOI 提供獨特的設(shè)計技術(shù) -- 基底偏壓（Body Biasing）。Thomas Piliszczuk 解釋，這個技術(shù)十分獨特，它能夠使同一個晶體管出現(xiàn)兩種模式：睡眠模式和高性能模式，進行節(jié)省功耗，這樣的轉(zhuǎn)換可以增加設(shè)備的靈活性，這也是低功耗 FD-SOI 的最關(guān)鍵特點，市場上沒有其他的企業(yè)能夠支持基底偏壓和低功耗 IP 設(shè)計。

當筆者問到，Soitec 未來的收購計劃時，Thomas Piliszczuk 分析，我們公司收購有幾個原則：第一，收購的企業(yè)必須和我們的主營業(yè)務(wù)優(yōu)化襯底相關(guān)；第二，新收購的業(yè)務(wù)要盈利，而且未來要有發(fā)展?jié)摿?。Dolphin Design 和 EpiGaN 都滿足這個兩個條件。未來我們會通過自身的專業(yè)知識提高 EpiGaN 的產(chǎn)能，利潤會很可觀。

雖然 Thomas Piliszczuk 沒有透露 Soitec 后面的收購計劃，可以預(yù)見，Soitec 會沿著這一收購思路繼續(xù)補充自己的產(chǎn)品線，迎接 5G 時代的市場機遇。

通過先進技術(shù)打破新型材料的發(fā)展瓶頸

第三代半導(dǎo)體材料 SiC 和 GaN 在禁帶寬度、擊穿電場、抗輻射能力等方面表現(xiàn)都很優(yōu)異，但是發(fā)展速度不是很快，成本是主要原因?！拔覀冋陂_發(fā)一種技術(shù)希望能夠徹底改變這樣的局面?！?Thomas Piliszczuk 解釋，“我們不做 SiC 晶體，這不是我們的專長。我們用 Smart Cut 技術(shù)做一種新型的 SiC 晶圓，可以把它切割成 10 片或者 15 片，技術(shù)還在研發(fā)，數(shù)量還未最終確定。隨著產(chǎn)量提升，晶圓就會更便宜，成本也隨之下降。而且我們用的是純凈體，良率和產(chǎn)品性能都會提升。目前，包括汽車領(lǐng)域、設(shè)備領(lǐng)域的很多客戶都很感興趣?！?/p>

之所以可以切割成更多片，Smart Cut 技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Smart Cut 技術(shù)是通過光離子注入和晶圓鍵合來定位超薄單晶層，并將其從一個襯底轉(zhuǎn)移到另一個襯底。工作原理類似納米刀，能夠切割非常薄、完美的硅層，并能夠疊加到其他的機體之上。通過 Smart Cut 技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)晶體間的非常薄的疊加，也可以實現(xiàn)晶體和非晶體之間的疊加，從而可以生產(chǎn)或組合出各種不同類型的產(chǎn)品。Soitec 已開發(fā)出了各種各樣適用于不同類型應(yīng)用和產(chǎn)品的優(yōu)化襯底，例如：RF-SOI, FD-SOI、功率 SOI、光學 SOI。

針對 SiC，Thomas Piliszczuk 表示，我們降低 SiC 成本主要體現(xiàn)在兩方面：第一，一個 SiC 可以切成 10 片，使用 10 次，組合時，上面是高質(zhì)量的 SiC 薄片，下面是低質(zhì)量的 SiC 片、多晶硅片、或者純硅的基座，成本大幅度降低；第二，SiC 產(chǎn)品的目前良率只有 50%，通過 Smart Cut 切割技術(shù)，讓組合起來的產(chǎn)品質(zhì)量有保證，從而讓客戶的良率隨之提高。目前，碳化硅切割后，用在電動汽車的元器件上已經(jīng)通過了驗證，明年會大規(guī)模量產(chǎn)。

針對 GaN，Soitec 也在尋求降低成本的方法，第一，晶圓從 4 英寸、6 英寸遷移到 8 英寸生產(chǎn)，通過大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)提高良率，節(jié)約成本；第二，GaN 分為硅基 GaN 和 SiC 基 GaN，硅基 SiC 以硅材料為底，成本比 SiC、GaN 便宜很多。我們努力通過技術(shù)研發(fā)，用 Si 基 GaN 來替代 SiC 基 GaN，減少技術(shù)成本。

選擇正確才能贏得市場

從整個市場營收來看，2020 財年，Soitec 第一季度收入 1.19 億歐元，與 2019 財年第一季度相比增長 30%。Thomas Piliszczuk 表示，這一增長趨勢高于行業(yè)的平均發(fā)展趨勢，這得益于單個產(chǎn)品中 SOI 襯底密度的上升，市場整體需求在增大，例如，5G 手機中的 SOI 襯底需求量比 4G 手機提高了一倍。

仔細研究會發(fā)現(xiàn)，Soitec 公司成立于 1992 年，但是從 2015 年開始營收才出現(xiàn)突破性進展，眾所周知，半導(dǎo)體技術(shù)需要大量的人員和資金投入，如果創(chuàng)業(yè)團隊沒有足夠的耐性很難取得成功，Thomas Piliszczuk 分享了 Soitec 的轉(zhuǎn)型故事。

其實在 2000 年，Soitec 一直想要拓展太陽能業(yè)務(wù)，但是由于技術(shù)難度較大，沒有取得成功，在 2014 年，公司換了管理層，開始調(diào)整公司業(yè)務(wù)，回歸主業(yè)，做半導(dǎo)體襯底，在 2015 年扭虧為盈，當年的市值達到 1.2 億美元，經(jīng)過幾年發(fā)展，如今市值增長到了 35 億美元。

Thomas Piliszczuk 于 2009 年加入 Soitec 負責全球戰(zhàn)略和市場、業(yè)務(wù)拓展，之前在 KLA-Tencor 負責制定商業(yè)策略并主導(dǎo)公司的對外合作，因此非常熟悉半導(dǎo)體行業(yè)，加入公司之初就開始提議回歸主業(yè)，最終在 2014 年得到同意。在 Soitec 的復(fù)蘇過程中，中國市場發(fā)揮了重要作用， 2015 年，Soitec 和新傲開始合作，為客戶提供高品質(zhì)、及時與高產(chǎn)量的 SOI 晶圓供應(yīng)；2016 年，上海硅產(chǎn)業(yè)投資有限公司（NSIG）收購 Soitec14.5%的股份；今年 2 月，Soitec 與新傲加強合作，擴大新傲科技位于中國上海制造工廠的 200mm 絕緣硅（SOI）晶圓年產(chǎn)量，從年產(chǎn) 180,000 片增加至 360,000 片，更好地服務(wù)全球市場對 RF-SOI 和 Power-SOI 產(chǎn)品的增長性需求。

雖然 Soitec 的直接客戶是晶圓代工廠、IDM，但是 Thomas Piliszczuk 認為中國市場的戰(zhàn)略價值很大，因為像華為、小米、阿里巴巴、百度這樣的終端用戶決定用什么產(chǎn)品，Soitec 經(jīng)常和這些公司進行技術(shù)交流，了解終端廠商的需求。本月，Soitec 參加了第七屆 SOI 產(chǎn)業(yè)高峰論，Thomas Piliszczuk 在會上表示，擴展產(chǎn)品組合至使用新型半導(dǎo)體材料的優(yōu)化襯底是我們的重要戰(zhàn)略。除了 GaN、POI 和復(fù)合材料如 InGaNOS（硅基銦氮化鎵），Soitec 還在研究碳化硅材料的機會，以滿足新市場的需求。

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