F: Vilka är de viktigaste teknikerna som används vid skivning och bearbetning av SiC-wafer?
A:Kiselkarbid (SiC) har en hårdhet som är näst bäst efter diamant och anses vara ett mycket hårt och sprött material. Skivningsprocessen, som innebär att man skär odlade kristaller till tunna skivor, är tidskrävande och benägen att flisas. Som det första steget iSicVid enkristallbearbetning påverkar skivningens kvalitet avsevärt efterföljande slipning, polering och gallring. Skivning orsakar ofta sprickor på ytan och under ytan, vilket ökar andelen waferbrott och produktionskostnaderna. Därför är det avgörande att kontrollera ytsprickskador under skivning för att utveckla tillverkningen av SiC-komponenter.
För närvarande rapporterade SiC-skärningsmetoder inkluderar fast slipmedel, fritt slipmedel, laserskärning, lageröverföring (kallseparation) och elektrisk urladdningsskärning. Bland dessa är fram- och återgående flertrådsskärning med fasta diamantslipmedel den vanligaste metoden för bearbetning av SiC-enkristaller. Men när götstorlekar når 8 tum och uppåt blir traditionell trådsågning mindre praktisk på grund av höga utrustningskrav, kostnader och låg effektivitet. Det finns ett akut behov av billiga, förlustfria och högeffektiva skärningstekniker.
F: Vilka är fördelarna med laserskärning jämfört med traditionell flertrådsskärning?
A: Traditionell vajersågning skärSiC-tackanlängs en specifik riktning till skivor som är flera hundra mikrometer tjocka. Skivorna slipas sedan med diamantslam för att ta bort sågmärken och skador under ytan, följt av kemisk-mekanisk polering (CMP) för att uppnå global planarisering, och rengörs slutligen för att erhålla SiC-wafers.
På grund av SiC:s höga hårdhet och sprödhet kan dessa steg dock lätt orsaka skevhet, sprickbildning, ökad brotthastighet, högre produktionskostnader och resultera i hög ytjämnhet och kontaminering (damm, avloppsvatten etc.). Dessutom är trådsågning långsam och har lågt utbyte. Uppskattningar visar att traditionell flertrådsskärning endast uppnår cirka 50 % materialutnyttjande, och upp till 75 % av materialet går förlorat efter polering och slipning. Tidiga utländska produktionsdata indikerade att det kunde ta cirka 273 dagar med kontinuerlig 24-timmarsproduktion att producera 10 000 wafers – mycket tidskrävande.
Inhemskt fokuserar många företag inom SiC-kristalltillväxt på att öka ugnskapaciteten. Men istället för att bara öka produktionen är det viktigare att överväga hur man kan minska förlusterna – särskilt när kristalltillväxtutbytet ännu inte är optimalt.
Laserskärningsutrustning kan minska materialförlusten avsevärt och förbättra utbytet. Till exempel, med hjälp av en enda 20 mmSiC-tackanTrådsågning kan ge cirka 30 wafers med en tjocklek på 350 μm. Laserskärning kan ge mer än 50 wafers. Om wafertjockleken minskas till 200 μm kan mer än 80 wafers produceras från samma göt. Medan trådsågning används i stor utsträckning för wafers på 6 tum och mindre, kan skärning av en 8-tums SiC-göt ta 10–15 dagar med traditionella metoder, vilket kräver avancerad utrustning och medför höga kostnader med låg effektivitet. Under dessa förhållanden blir fördelarna med laserskärning tydliga, vilket gör det till den vanligaste framtida tekniken för 8-tums wafers.
Med laserskärning kan skärningstiden per 8-tums wafer vara under 20 minuter, med materialförlusten per wafer under 60 μm.
Sammanfattningsvis erbjuder laserskärning högre hastighet, bättre utbyte, lägre materialförlust och renare bearbetning jämfört med flertrådsskärning.
F: Vilka är de största tekniska utmaningarna vid laserskärning av SiC?
A: Laserskärningsprocessen innefattar två huvudsteg: lasermodifiering och waferseparation.
Kärnan i lasermodifiering är strålformning och parameteroptimering. Parametrar som lasereffekt, punktdiameter och skanningshastighet påverkar alla kvaliteten på materialeablationen och hur framgångsrik den efterföljande waferseparationen blir. Geometrin hos den modifierade zonen avgör ytjämnheten och svårigheten att separera. Hög ytjämnhet komplicerar senare slipning och ökar materialförlusten.
Efter modifiering uppnås waferseparation vanligtvis genom skjuvkrafter, såsom kallbrott eller mekanisk stress. Vissa hushållssystem använder ultraljudsgivare för att inducera vibrationer för separation, men detta kan orsaka flisning och kantdefekter, vilket sänker det slutliga utbytet.
Även om dessa två steg inte är i sig svåra, påverkar inkonsekvenser i kristallkvalitet – på grund av olika tillväxtprocesser, dopningsnivåer och interna spänningsfördelningar – avsevärt svårighetsgraden vid skärning, utbyte och materialförlust. Att enbart identifiera problemområden och justera laserskanningszoner kanske inte förbättrar resultaten avsevärt.
Nyckeln till ett brett angrepp ligger i att utveckla innovativa metoder och utrustning som kan anpassas till ett brett spektrum av kristallkvaliteter från olika tillverkare, optimera processparametrar och bygga laserskärningssystem med universell tillämpbarhet.
F: Kan laserskärningsteknik tillämpas på andra halvledarmaterial förutom SiC?
A: Laserskärningsteknik har historiskt sett tillämpats på en mängd olika material. Inom halvledare användes den initialt för waferdicing och har sedan dess expanderat till att även skära stora enkristaller.
Utöver SiC kan laserskärning även användas för andra hårda eller spröda material såsom diamant, galliumnitrid (GaN) och galliumoxid (Ga₂O₃). Preliminära studier av dessa material har visat genomförbarheten och fördelarna med laserskärning för halvledartillämpningar.
F: Finns det för närvarande mogna laserskärningsmaskiner för hushållet? Vilket skede befinner sig er forskning i?
A: Utrustning för laserskärning av kiselkarbid med stor diameter anses allmänt vara kärnutrustning för framtidens produktion av 8-tums kiselkarbidskivor. För närvarande är det bara Japan som kan tillhandahålla sådana system, och de är dyra och omfattas av exportrestriktioner.
Den inhemska efterfrågan på laserskärnings-/galningssystem uppskattas till cirka 1 000 enheter, baserat på SiC-produktionsplaner och befintlig vajersågkapacitet. Stora inhemska företag har investerat kraftigt i utveckling, men ingen mogen, kommersiellt tillgänglig inhemsk utrustning har ännu nått industriell användning.
Forskargrupper har utvecklat egenutvecklad laserlift-off-teknik sedan 2001 och har nu utökat denna till laserskärning och gallring av SiC med stor diameter. De har utvecklat ett prototypsystem och skivningsprocesser som kan:Skära och gallra 4–6 tums halvisolerande SiC-skivorSkära 6–8 tums ledande SiC-tackorPrestandamått:6–8 tums halvisolerande SiC: skärningstid 10–15 minuter/skiva; materialförlust <30 μm6–8 tums ledande SiC: skärningstid 14–20 minuter/skiva; materialförlust <60 μm
Uppskattad waferutbyte ökade med över 50 %
Efter skivning uppfyller wafern nationella standarder för geometri efter slipning och polering. Studier visar också att laserinducerade termiska effekter inte signifikant påverkar spänning eller geometri i wafern.
Samma utrustning har också använts för att verifiera genomförbarheten av att skära diamant-, GaN- och Ga₂O₃-enkristaller.
Publiceringstid: 23 maj 2025