Q: Hvad er de vigtigste teknologier, der anvendes til opskæring og forarbejdning af SiC-wafere?
A:Siliciumkarbid (SiC) har en hårdhed, der kun overgår diamant, og betragtes som et meget hårdt og sprødt materiale. Skæringsprocessen, som involverer at skære dyrkede krystaller i tynde wafere, er tidskrævende og tilbøjelig til at afskalle. Som det første trin iSiCVed enkeltkrystalbehandling påvirker kvaliteten af slicing betydeligt den efterfølgende slibning, polering og udtynding. Slicing forårsager ofte revner i overfladen og under overfladen, hvilket øger antallet af waferbrud og produktionsomkostningerne. Derfor er det afgørende at kontrollere overfladerevneskader under slicing for at fremme fremstillingen af SiC-enheder.
De i øjeblikket rapporterede SiC-skæremetoder omfatter fast slibende skæring, fri slibende skæring, laserskæring, lagoverføring (koldseparation) og elektrisk udladningsskæring. Blandt disse er frem- og tilbagegående flertrådsskæring med faste diamantslibemidler den mest almindeligt anvendte metode til bearbejdning af SiC-enkeltkrystaller. Men efterhånden som barrestørrelser når 8 tommer og derover, bliver traditionel trådsavning mindre praktisk på grund af høje udstyrskrav, omkostninger og lav effektivitet. Der er et presserende behov for billige, tabsfri og højeffektive skæreteknologier.
Q: Hvad er fordelene ved laserskæring i forhold til traditionel flertrådsskæring?
A: Traditionel wiresavning skærerSiC-barrelangs en bestemt retning i skiver, der er flere hundrede mikron tykke. Skiverne slibes derefter med diamantslam for at fjerne savmærker og skader under overfladen, efterfulgt af kemisk-mekanisk polering (CMP) for at opnå global planarisering og endelig renses for at fremstille SiC-wafere.
På grund af SiC's høje hårdhed og sprødhed kan disse trin imidlertid let forårsage vridning, revner, øgede brudrater, højere produktionsomkostninger og resultere i høj overfladeruhed og kontaminering (støv, spildevand osv.). Derudover er trådsavning langsom og har et lavt udbytte. Skøn viser, at traditionel flertrådsskæring kun opnår omkring 50 % materialeudnyttelse, og op til 75 % af materialet går tabt efter polering og slibning. Tidlige udenlandske produktionsdata indikerede, at det kunne tage cirka 273 dage med kontinuerlig 24-timers produktion at producere 10.000 wafere – meget tidskrævende.
På hjemmefronten fokuserer mange SiC-krystalvækstvirksomheder på at øge ovnkapaciteten. I stedet for blot at udvide produktionen er det dog vigtigere at overveje, hvordan man reducerer tab – især når krystalvækstudbyttet endnu ikke er optimalt.
Laserskæreudstyr kan reducere materialetab betydeligt og forbedre udbyttet. For eksempel kan man bruge en enkelt 20 mmSiC-barreTrådsavning kan give omkring 30 wafere med en tykkelse på 350 μm. Laserskæring kan give mere end 50 wafere. Hvis wafertykkelsen reduceres til 200 μm, kan der produceres mere end 80 wafere fra den samme barre. Mens trådsavning er meget anvendt til wafere på 6 tommer og mindre, kan skæring af en 8-tommer SiC-barre tage 10-15 dage med traditionelle metoder, hvilket kræver avanceret udstyr og medfører høje omkostninger med lav effektivitet. Under disse forhold bliver fordelene ved laserskæring tydelige, hvilket gør det til den fremtidige mainstream-teknologi til 8-tommer wafere.
Med laserskæring kan skæretiden pr. 8-tommer wafer være under 20 minutter, med et materialetab pr. wafer på under 60 μm.
Kort sagt tilbyder laserskæring højere hastighed, bedre udbytte, lavere materialetab og renere bearbejdning sammenlignet med flertrådsskæring.
Q: Hvad er de største tekniske udfordringer ved SiC-laserslicing?
A: Laserskæreprocessen involverer to hovedtrin: lasermodifikation og waferseparation.
Kernen i lasermodifikation er stråleformning og parameteroptimering. Parametre som lasereffekt, punktdiameter og scanningshastighed påvirker alle kvaliteten af materialeablationen og succesen med den efterfølgende waferseparation. Geometrien af den modificerede zone bestemmer overfladeruhed og vanskeligheden af separationen. Høj overfladeruhed komplicerer senere slibning og øger materialetab.
Efter modifikation opnås waferseparation typisk gennem forskydningskræfter, såsom koldbrud eller mekanisk stress. Nogle husholdningssystemer bruger ultralydstransducere til at inducere vibrationer til separation, men dette kan forårsage afskalning og kantfejl, hvilket sænker det endelige udbytte.
Selvom disse to trin ikke i sig selv er vanskelige, påvirker uoverensstemmelser i krystalkvaliteten – på grund af forskellige vækstprocesser, doteringsniveauer og interne spændingsfordelinger – betydeligt vanskeligheden ved udskæring, udbytte og materialetab. Blot at identificere problemområder og justere laserscanningszoner forbedrer muligvis ikke resultaterne væsentligt.
Nøglen til udbredt anvendelse ligger i at udvikle innovative metoder og udstyr, der kan tilpasses en bred vifte af krystalkvaliteter fra forskellige producenter, optimere procesparametre og bygge laserskæresystemer med universel anvendelighed.
Q: Kan laserslicing-teknologi anvendes på andre halvledermaterialer udover SiC?
A: Laserskæringsteknologi er historisk set blevet anvendt på en bred vifte af materialer. Inden for halvledere blev den oprindeligt brugt til wafer-udskæring og er siden blevet udvidet til at skære store enkeltkrystaller.
Ud over SiC kan laserskæring også bruges til andre hårde eller sprøde materialer såsom diamant, galliumnitrid (GaN) og galliumoxid (Ga₂O₃). Foreløbige undersøgelser af disse materialer har vist, at laserskæring er anvendelig og har fordele til halvlederapplikationer.
Q: Findes der i øjeblikket modne produkter til laserskæring i hjemmet? Hvilket stadie er jeres forskning på?
A: SiC-laserskæreudstyr med stor diameter betragtes bredt som kerneudstyr til fremtidens 8-tommer SiC-waferproduktion. I øjeblikket er det kun Japan, der kan levere sådanne systemer, og de er dyre og underlagt eksportrestriktioner.
Den indenlandske efterspørgsel efter laserskærende/udtyndende systemer anslås til at være omkring 1.000 enheder, baseret på SiC-produktionsplaner og eksisterende wiresavkapacitet. Store indenlandske virksomheder har investeret kraftigt i udvikling, men intet modent, kommercielt tilgængeligt husholdningsudstyr har endnu nået industriel anvendelse.
Forskningsgrupper har udviklet proprietær laser lift-off-teknologi siden 2001 og har nu udvidet denne til laserskæring og udtynding af SiC med stor diameter. De har udviklet et prototypesystem og skæreprocesser, der er i stand til at:Skære og udtynde 4-6 tommer halvisolerende SiC-wafereSkære 6-8 tommer ledende SiC-barrerYdeevnebenchmarks:6-8 tommer halvisolerende SiC: skæretid 10-15 minutter/wafer; materialetab <30 μm6-8 tommer ledende SiC: skæretid 14-20 minutter/wafer; materialetab <60 μm
Estimeret waferudbytte steg med over 50%
Efter opskæring opfylder waferne nationale standarder for geometri efter slibning og polering. Undersøgelser viser også, at laserinducerede termiske effekter ikke påvirker stress eller geometri i waferne væsentligt.
Det samme udstyr er også blevet brugt til at verificere muligheden for at skære diamant-, GaN- og Ga₂O₃-enkeltkrystaller.
Udsendelsestidspunkt: 23. maj 2025