本篇文章為“讀懂 SmartSiC” 系列文章的下篇，將對 SmartSiC 解決方案的創新優勢、研發、生產情況進行深入的介紹。

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SmartSiC晶圓卓越的性能：

更環保、更高效、更出色

Soitec SmartSiC 晶圓

無論是對于 150mm 晶圓還是 200mm 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 將可重復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，并表現出明顯的商用、環境與制造優勢。

簡單且節能的制造工藝使 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%。

通過重復利用稀缺的 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，可為每平方毫米功率器件（例如 MOSFET 或二極管）提供多達 20% 的電流。這是生成新一代功率器件的制勝秘訣。

Soitec 的 SmartSiC 產品系列由 SmartSiC-Performance和 SmartSiC-Advanced 襯底組成。SmartSiC-Performance 目前處于原型開發階段，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，該產品目前處于送樣階段。

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

在具有超高導電性的多晶碳化硅操作襯底之上（其 150mm 和 200mm 晶圓的總厚度分別為 350μm 和 500μm），SmartSiC 襯底的優化設計能夠提供最高水準、厚度小于 1μm 的單晶 SiC 層。供體晶圓減去用于第一個 SmartSiC 晶圓的 1μm 層之后，可重復用于第二個 SmartSiC 晶圓。以此類推，每個供體晶圓至少可用于十個 SmartSiC 晶圓。

與塊狀 SiC 中使用的物理氣相傳輸 (PVT) 相比，采用多晶碳化硅作為每個 SmartSiC 晶圓生產的操作晶圓則是基于更環保、用時更短的化學氣相沉積 (CVD) 工藝。Soitec 和合作伙伴共同開發的 PolySiC 具有足夠的摻雜來控制襯底的導電性，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

經過多年積淀，無論成熟度還是專業儲備，Soitec 都具備能力定義并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 在碳化硅戰略路線上的又一里程碑。

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、電力設備和電力系統帶來的價值和益處顯著。采用 SmartSiC 生產的 MOSFET 和二極管性能均獲得大幅提升，同時擁有了更為長期的可靠性和更強的高溫穩健性。目前，多家設備制造商已承諾加大資源投入力度，在其下一代產品的認證中采用 SmartSiC。

探秘 SmartSiC 的研發

Soitec 最初派遣研發團隊深入研究 SmartSiC 項目時，目的在于將 SiC 的制造良率提高到全球公認的硅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 表面的相同位置可以觀察到氫氧化鉀（KOH） 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 探索并采用了一種新的概念，即在已去除基面位錯（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并簡化了外延堆棧，而且無需轉換緩沖層。

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，并且將大于 20 平方毫米的器件生產良率提高到 20% 以上。在器件可靠性方面，無基面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 器件制造良率提升至 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）背面的歐姆接觸層更易制成。

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

Soitec 150mm 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，并可根據需求向其他客戶彈性交付。更多數據已于 ICSCRM 2022 國際會議（2022 年碳化硅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：位于法國的新工廠貝寧 4 廠

大批量生產是 Soitec 的下一步目標舉措。Soitec 用于 SmartSiC 大規模生產的新工廠 Bernin 4 已于 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，這得益于 Soitec 的兩項關鍵技術：

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

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

隨著多個合作伙伴對 SmartSiC-Performance 產品原型的認可（如圖 7 所示），2022 年的產品認證正處于緊鑼密鼓地擴大范圍并加速推進中。

圖7：150mm 和 200mm 規格的 SmartSiC 晶圓

SmartSiC晶圓正成為新的行業標準

電動汽車正在經歷百年一遇的變革，市場上的創新成果不斷涌現。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；而鑒于 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 并開創電動汽車市場以來，這項技術已被大多數汽車制造商采納。然而，SiC 還需要克服在電氣性能、產能、成本和良率方面的眾多障礙，才能在電動汽車領域獨占鰲頭。

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。

由于單晶 SiC 供體晶圓可重復使用 10 次，并且低 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，并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 的創新將助力提升資源利用及能效，助推經濟發展和賦能商業成功。我們的創新成果正在推動眾多行業和生態系統的發展，而半導體及其基礎襯底的戰略地位正是他們所一致認可的。

Soitec 的創新土壤孕育著美好未來！

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

審核編輯 ：李倩