Spørsmål: Hva er de viktigste teknologiene som brukes i SiC-waferskjæring og -prosessering?
A:Silisiumkarbid (SiC) har en hardhet som bare er overlegen etter diamant, og regnes som et svært hardt og sprøtt materiale. Skjæreprosessen, som innebærer å skjære dyrkede krystaller i tynne skiver, er tidkrevende og utsatt for avskalling. Som det første trinnet iSiCVed enkeltkrystallprosessering påvirker kvaliteten på skjæringen betydelig påfølgende sliping, polering og tynning. Skjæring forårsaker ofte sprekker på overflaten og under overflaten, noe som øker bruddratene i wafere og produksjonskostnadene. Derfor er det avgjørende å kontrollere overflatesprekker under skjæring for å fremme fabrikasjon av SiC-enheter.
For tiden rapporterte SiC-skjæremetoder inkluderer fastslipende, frittslipende skjæring, laserskjæring, lagoverføring (kaldseparasjon) og elektrisk utladningsskjæring. Blant disse er frem- og tilbakegående flertrådsskjæring med faste diamantslipemidler den mest brukte metoden for å behandle SiC-enkeltkrystaller. Men etter hvert som barrestørrelser når 8 tommer og over, blir tradisjonell trådsaging mindre praktisk på grunn av høye utstyrskrav, kostnader og lav effektivitet. Det er et presserende behov for rimelige, lavtaps- og høyeffektive skjæreteknologier.
Spørsmål: Hva er fordelene med laserskjæring sammenlignet med tradisjonell flertrådsskjæring?
A: Tradisjonell wiresaging kutterSiC-barrelangs en bestemt retning i skiver som er flere hundre mikron tykke. Skivene slipes deretter med diamantslam for å fjerne sagmerker og skader under overflaten, etterfulgt av kjemisk-mekanisk polering (CMP) for å oppnå global planarisering, og til slutt renses for å få SiC-wafere.
På grunn av SiCs høye hardhet og sprøhet kan disse trinnene imidlertid lett forårsake vridning, sprekker, økt bruddrate, høyere produksjonskostnader og resultere i høy overflateruhet og forurensning (støv, avløpsvann osv.). I tillegg er trådsaging langsom og har lavt utbytte. Anslag viser at tradisjonell flertrådsskjæring bare oppnår omtrent 50 % materialutnyttelse, og opptil 75 % av materialet går tapt etter polering og sliping. Tidlige utenlandske produksjonsdata indikerte at det kunne ta omtrent 273 dager med kontinuerlig 24-timers produksjon å produsere 10 000 wafere – svært tidskrevende.
Innenlands fokuserer mange SiC-krystallvekstselskaper på å øke ovnkapasiteten. I stedet for bare å utvide produksjonen, er det imidlertid viktigere å vurdere hvordan man kan redusere tap – spesielt når krystallvekstutbyttet ennå ikke er optimalt.
Laserskjæreutstyr kan redusere materialtap betydelig og forbedre utbyttet. For eksempel, bruk av en enkelt 20 mmSiC-barreTrådsaging kan gi rundt 30 wafere med en tykkelse på 350 μm. Laserskjæring kan gi mer enn 50 wafere. Hvis wafertykkelsen reduseres til 200 μm, kan mer enn 80 wafere produseres fra samme barre. Selv om trådsaging er mye brukt for wafere på 6 tommer og mindre, kan det å skjære en 8-tommers SiC-barre ta 10–15 dager med tradisjonelle metoder, noe som krever avansert utstyr og medfører høye kostnader med lav effektivitet. Under disse forholdene blir fordelene med laserskjæring tydelige, noe som gjør det til den vanlige fremtidens teknologi for 8-tommers wafere.
Med laserskjæring kan skjæretiden per 8-tommers wafer være under 20 minutter, med materialtap per wafer under 60 μm.
Oppsummert, sammenlignet med flertrådskutting, tilbyr laserskjæring høyere hastighet, bedre utbytte, lavere materialtap og renere prosessering.
Spørsmål: Hva er de viktigste tekniske utfordringene innen SiC-laserskjæring?
A: Laserskjæringsprosessen involverer to hovedtrinn: lasermodifisering og waferseparasjon.
Kjernen i lasermodifisering er stråleforming og parameteroptimalisering. Parametre som lasereffekt, punktdiameter og skannehastighet påvirker alle kvaliteten på materialablasjonen og hvor vellykket den påfølgende waferseparasjonen er. Geometrien til den modifiserte sonen bestemmer overflateruheten og vanskelighetsgraden på separasjonen. Høy overflateruhet kompliserer senere sliping og øker materialtap.
Etter modifisering oppnås waferseparasjon vanligvis gjennom skjærkrefter, som for eksempel kaldbrudd eller mekanisk stress. Noen husholdningssystemer bruker ultralydtransdusere for å indusere vibrasjoner for separasjon, men dette kan forårsake avskalling og kantdefekter, noe som reduserer det endelige utbyttet.
Selv om disse to trinnene ikke er iboende vanskelige, påvirker uoverensstemmelser i krystallkvaliteten – på grunn av forskjellige vekstprosesser, dopingnivåer og interne spenningsfordelinger – vanskelighetsgraden ved skjæring, utbytte og materialtap betydelig. Det er ikke sikkert at det å bare identifisere problemområder og justere laserskanningssoner forbedrer resultatene vesentlig.
Nøkkelen til utbredt bruk ligger i å utvikle innovative metoder og utstyr som kan tilpasses et bredt spekter av krystallkvaliteter fra ulike produsenter, optimalisere prosessparametere og bygge laserskjæresystemer med universell anvendbarhet.
Spørsmål: Kan laserskjæringsteknologi brukes på andre halvledermaterialer i tillegg til SiC?
A: Laserskjæringsteknologi har historisk sett blitt brukt på et bredt spekter av materialer. I halvledere ble den opprinnelig brukt til wafer-dicing, og har siden utvidet seg til å skjære store enkeltkrystaller.
Utover SiC kan laserskjæring også brukes til andre harde eller sprø materialer som diamant, galliumnitrid (GaN) og galliumoksid (Ga₂O₃). Foreløpige studier av disse materialene har vist at laserskjæring er gjennomførbart og har fordeler for halvlederapplikasjoner.
Spørsmål: Finnes det for tiden modne produkter for laserskjæreutstyr til hjemmebruk? Hvilket stadium er forskningen deres i?
A: Utstyr for laserskjæring av SiC med stor diameter anses som kjerneutstyr for fremtidens 8-tommers SiC-waferproduksjon. For øyeblikket er det bare Japan som kan tilby slike systemer, og de er dyre og underlagt eksportrestriksjoner.
Den innenlandske etterspørselen etter laserskjære-/tynningssystemer anslås å være rundt 1000 enheter, basert på SiC-produksjonsplaner og eksisterende wiresagkapasitet. Store innenlandske selskaper har investert tungt i utvikling, men ingen moden, kommersielt tilgjengelig innenlandsk utstyr har ennå nådd industriell utrulling.
Forskningsgrupper har utviklet proprietær laser lift-off-teknologi siden 2001 og har nå utvidet denne til laserskjæring og tynning av SiC med stor diameter. De har utviklet et prototypesystem og skjæreprosesser som er i stand til å: Kutte og tynne 4–6 tommers halvisolerende SiC-wafere Skjære 6–8 tommers ledende SiC-barrer Ytelsesmål: 6–8 tommers halvisolerende SiC: skjæretid 10–15 minutter/wafer; materialtap <30 μm 6–8 tommers ledende SiC: skjæretid 14–20 minutter/wafer; materialtap <60 μm
Estimert waferutbytte økte med over 50 %
Etter oppskjæring oppfyller waferne nasjonale standarder for geometri etter sliping og polering. Studier viser også at laserinduserte termiske effekter ikke påvirker spenningen eller geometrien i waferne i vesentlig grad.
Det samme utstyret har også blitt brukt til å verifisere gjennomførbarheten for å skjære diamant-, GaN- og Ga₂O₃-enkeltkrystaller.
Publiseringstid: 23. mai 2025