Interessant pour comprendre le calendrier de montée en production de la photonique chez Soitec
Jim Carroll : Pour les lecteurs qui ne connaissent peut-être pas Soitec, où se situe l’entreprise dans la chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs ?
Steve Babureck : Soitec est une entreprise française. Elle a été créée en 1992 en tant que spin-off du CEA-Leti, et notre siège social se trouve près de Grenoble, en France. Depuis le début, nous nous appuyons sur une technologie que nous avons inventée et brevetée, appelée Smart Cut. Aujourd’hui, nous détenons environ 4 000 brevets. Smart Cut permet essentiellement de réaliser des couches de matériaux extrêmement fines sur une plaquette de silicium — ou, en réalité, sur de nombreux types de plaquettes différents. Nous aimons décrire ce concept comme « n’importe quel matériau sur n’importe quel autre matériau » (anything on anything).
Nous pouvons transférer une couche extrêmement fine de matériau cristallin. Il peut s’agir, par exemple, de silicium, de carbure de silicium, de nitrure de gallium ou de phosphure d’indium, puis lier ce matériau à une autre plaquette. Smart Cut nous permet ainsi de réaliser des empilements de matériaux spécifiquement conçus pour une application donnée.
Jim Carroll : Fournissez-vous les plaquettes elles-mêmes ou fournissez-vous le substrat élaboré ?
Steve Babureck : Nous achetons des plaquettes de silicium massif, puis nous les transformons à l’aide de Smart Cut. Prenons l’exemple du SOI — silicon-on-insulator, ou silicium sur isolant. Vous avez une couche de silicium cristallin au-dessus d’une couche isolante, par exemple du dioxyde de silicium, laquelle repose elle-même sur un substrat de silicium.
Nous achetons des plaquettes auprès d’entreprises telles que Shin-Etsu, SUMCO et SK Siltron, ainsi que des équipements de fabrication auprès des principaux fournisseurs d’équipements pour semi-conducteurs. Nous fabriquons ensuite ces substrats élaborés dans nos usines en France et à Singapour.
Nos clients directs sont des fonderies et des fabricants intégrés de composants (IDM), notamment GlobalFoundries, Tower Semiconductor, Intel, Qualcomm, TSMC et STMicroelectronics. Du point de vue de la chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs, nous nous situons donc très en amont.
Jim Carroll : Soitec est déjà solidement implantée dans les radiofréquences et la téléphonie mobile. Comment la photonique sur silicium est-elle devenue une opportunité importante ?
Steve Babureck : L’une des grandes avancées pour Soitec a été le RF-SOI, qui s’est largement répandu dans les smartphones pour les modules frontaux radiofréquence. Plus récemment, nous avons constaté une forte augmentation de la demande en photonique sur silicium.
Il s’agit d’une autre application des substrats SOI, sauf qu’ici la couche supérieure de silicium cristallin devient le guide d’onde optique. Nous vendons des substrats SOI destinés à la photonique sur silicium depuis plus de dix ans, initialement principalement pour les émetteurs-récepteurs optiques enfichables (pluggable optical transceivers).
En particulier au cours de l’année écoulée, avec les limitations physiques du cuivre qui deviennent de plus en plus importantes, nous avons observé une adoption rapide des interconnexions optiques pour les applications scale-out dans les centres de données. Nos clients travaillent désormais également sur des interconnexions optiques destinées aux architectures scale-up. Cela crée des opportunités non seulement dans les émetteurs-récepteurs optiques enfichables, mais également dans le NPO (Near-Packaged Optics) et le CPO (Co-Packaged Optics).
Jim Carroll : Qu’a de particulier le substrat nécessaire à la photonique sur silicium ?
Steve Babureck : Le substrat est du SOI, sous forme de plaquettes de 200 mm ou de 300 mm. Vous avez une couche de silicium cristallin sur le dessus, puis une couche de dioxyde de silicium et, en dessous, le substrat massif de silicium.
Lorsque l’on considère un émetteur-récepteur optique, il faut une source lumineuse — le laser — mais l’information a également besoin d’une voie de circulation. Cette voie est le guide d’onde optique. Nos clients fabriquent ce guide d’onde optique à partir du substrat SOI. La couche supérieure de silicium cristallin devient le guide d’onde optique lui-même.
Jim Carroll : Nous constatons également un intérêt considérable pour de nouveaux matériaux photoniques. Quelle est la place du niobate de lithium ?
Steve Babureck : Chaque fois que vous entendez parler de photonique sur silicium, le substrat de base est du SOI. Mais nous avons développé un autre matériau pour répondre aux besoins de nos clients en matière de vitesses de modulation plus élevées : le LNOI — lithium niobate on insulator, ou niobate de lithium sur isolant.
Il vient compléter le SOI. Dans la photonique sur silicium, le guide d’onde optique est constitué de silicium cristallin. Avec le LNOI, la couche supérieure est constituée de niobate de lithium. Vous entendrez peut-être également parler de niobate de lithium en couche mince, ou TFLN (Thin-Film Lithium Niobate). Les dispositifs TFLN peuvent être réalisés à partir de ce type de substrat élaboré LNOI.
Jim Carroll : Ces systèmes de matériaux peuvent-ils continuer à évoluer à mesure que les débits optiques passent de 800G à 1,6T, puis 3,2T et potentiellement au-delà ?
Steve Babureck : Absolument, même si je pense qu’il existera différentes architectures. Certains clients souhaitent rester sur la photonique sur silicium parce que cela leur permet de réutiliser des usines de semi-conducteurs existantes ou de prolonger la durée de vie de ces usines.
Cela peut être réalisé aussi bien avec une production sur plaquettes de 200 mm que de 300 mm, même si le 300 mm peut offrir un meilleur coût total de possession. Pour certaines applications, d’autres clients peuvent préférer le TFLN.
Au lieu de s’appuyer sur un substrat épais de niobate de lithium, nous pouvons transférer une couche extrêmement fine de niobate de lithium et la lier sur du silicium. La réserve, aujourd’hui, concerne la taille des plaquettes. Les substrats de niobate de lithium sont plus petits — généralement 150 mm, avec une certaine évolution vers le 200 mm.
Notre thèse, à l’heure actuelle, est que la photonique sur silicium et le niobate de lithium vont coexister.
Jim Carroll : Existe-t-il une raison technique fondamentale empêchant le niobate de lithium de passer au 300 mm ?
Steve Babureck : De notre point de vue, il n’y a aucune limitation liée au procédé Smart Cut. La limitation réside dans la disponibilité de la plaquette massive que l’on souhaite traiter avec Smart Cut. À l’heure actuelle, nous n’avons pas connaissance d’une disponibilité à court terme de substrats massifs de niobate de lithium de 300 mm.
Jim Carroll : En revanche, la photonique sur silicium peut déjà utiliser des plaquettes de 300 mm ?
Steve Babureck : Absolument. Certains clients ont commencé en 200 mm et passeront progressivement au 300 mm. D’autres clients sont directement passés au 300 mm. Si l’on regarde les trois à cinq prochaines années, je pense que l’essentiel de la demande en photonique sur silicium évoluera vers le 300 mm.
Jim Carroll : La demande est l’une des grandes interrogations concernant les infrastructures d’IA. La chaîne d’approvisionnement en matériaux dispose-t-elle de capacités suffisantes si la demande en interconnexions optiques accélère comme prévu ?
Steve Babureck : C’est une question importante pour l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs destinés à l’IA. En ce qui concerne Soitec, nous disposons aujourd’hui de capacités disponibles aussi bien en France qu’à Singapour.
Nous pouvons développer l’activité de photonique sur silicium au sein de nos usines existantes. Nous devons apporter certaines modifications aux procédés et installer des équipements spécifiques, mais du point de vue des salles blanches et de notre empreinte industrielle, nous disposons déjà des infrastructures nécessaires.
Si l’on se projette à trois à cinq ans et que l’on évalue la demande sur la base de différents scénarios et architectures d’infrastructures d’IA à l’échelle du gigawatt, la demande pourrait devenir très élevée. Il existe un écart considérable entre les scénarios bas et hauts, en fonction des dépenses d’investissement, du financement et de la vitesse à laquelle l’industrie parviendra à résoudre les autres goulets d’étranglement.
Le CPO constitue un bon exemple : il ne s’agit pas uniquement d’un problème de fabrication en front-end ; il existe également des défis au niveau du back-end et des tests.
Pour nous, la question est de savoir à quel moment nous devrons déclencher des investissements supplémentaires. À Singapour, en plus de l’usine déjà en activité, nous disposons d’une usine dont le bâtiment est déjà construit mais qui n’est pas encore équipé (shell fab). À un moment donné, nous devrons déterminer quand la demande justifiera d’y engager des investissements supplémentaires.
Jim Carroll : Le passage des modules enfichables au NPO, puis finalement au CPO, crée-t-il des difficultés supplémentaires pour Soitec ?
Steve Babureck : Pour nous, cela crée davantage d’opportunités. À mesure que l’on rapproche l’optique de l’unité de traitement — en passant des modules enfichables au NPO, puis au CPO — les spécifications imposées au substrat vont devenir de plus en plus strictes, notamment en matière d’uniformité et de contrôle de l’épaisseur.
Le CPO offre des avantages en termes de performances, mais il soulève des questions concernant la fiabilité, le rendement de fabrication et la maintenance. Dès lors que l’on supprime l’interface enfichable et que l’on intègre l’optique beaucoup plus étroitement au silicium de calcul ou de commutation, les remplacements et les mises à niveau deviennent plus compliqués.
Jim Carroll : Ce qui rend les tests de fabrication et le rendement de plus en plus importants.
Steve Babureck : Absolument. Les tests et le rendement sont essentiels. Nos rendements doivent déjà être très élevés, car nous ne pouvons évidemment pas vendre des substrats présentant des défauts intrinsèquement intégrés dans le matériau. Le rendement comme la qualité du substrat doivent être extrêmement élevés.
Jim Carroll : Au-delà du SOI et du niobate de lithium, quels autres matériaux étudiez-vous pour les interconnexions optiques ?
Steve Babureck : Nous continuons d’élargir notre portefeuille de produits. Nous avons également des produits en R&D liés au phosphure d’indium.
Le phosphure d’indium est utilisé pour les lasers et les circuits intégrés photoniques ; il constitue donc un autre matériau essentiel pour la chaîne d’approvisionnement des solutions enfichables et du CPO.
Même si nos clients directs sont des fonderies et des IDM, nous devons également comprendre ce qui se passe plus en aval dans la chaîne de valeur des semi-conducteurs. Pour comprendre les architectures de demain et développer les matériaux appropriés, nous devons être étroitement alignés sur ce que font les entreprises de semi-conducteurs fabless — et, dans une certaine mesure, sur ce que font les hyperscalers eux-mêmes.
Jim Carroll : L’informatique quantique est un autre domaine dans lequel les matériaux élaborés pourraient devenir importants. Pensez-vous que cela puisse devenir un marché significatif ?
Steve Babureck : L’informatique quantique est clairement un domaine qui nous intéresse en raison du saut de performances qu’elle pourrait permettre. Il existe déjà des produits tels que le FD-SOI — Fully Depleted Silicon-On-Insulator — qui font partie de la chaîne d’approvisionnement quantique.
Du point de vue de la technologie et des performances, le quantique est très intéressant. En revanche, du point de vue des volumes de plaquettes, nous restons quelque peu sceptiques quant aux perspectives commerciales à court et moyen terme. Cela pourrait ne pas représenter des volumes de plaquettes particulièrement importants au cours des prochaines années.
Jim Carroll : Si l’on considère l’ensemble de ces marchés, comment caractérisez-vous le rôle de Soitec à mesure que les architectures de semi-conducteurs deviennent plus spécialisées ?
Steve Babureck : Nous sommes une entreprise spécialisée dans les matériaux, mais nous investissons une part substantielle de notre chiffre d’affaires — généralement entre 10 % et 15 %, selon les années — dans la R&D.
Le développement de la propriété intellectuelle est essentiel pour nous différencier, mais notre capacité à transformer cette R&D en production à grande échelle, avec une très haute qualité de produit, puis à livrer ces produits partout dans le monde, est tout aussi importante.
Plus de 95 % de l’industrie des semi-conducteurs repose encore sur du silicium massif conventionnel. À mesure que l’innovation progresse dans les dispositifs électroniques et photoniques, les performances, la fiabilité et le coût total de possession doivent tous s’améliorer. Chacune de ces exigences crée des opportunités pour les matériaux élaborés.
Jim Carroll : Il semble que le rythme des évolutions dans les infrastructures d’IA rende cela de plus en plus important.
Steve Babureck : Absolument. Nous devons faire preuve d’une grande agilité pour saisir toutes ces opportunités. Je ne pense pas que l’industrie des semi-conducteurs ait jamais été aussi passionnante.
