大族激光將規(guī)?；a(chǎn)SiC激光切割設(shè)備
近日，大族激光有限公司（下文簡(jiǎn)稱“大族激光”）在接受投資者調(diào)研的時(shí)表示，第三代半導(dǎo)體技術(shù)方面,公司研發(fā)的碳化硅激光切片設(shè)備正在持續(xù)推進(jìn)與行業(yè)龍頭客戶的合作,為規(guī)?；a(chǎn)做準(zhǔn)備,并推出了碳化硅激光退火設(shè)備新產(chǎn)品。
切割技術(shù)對(duì)SiC的重要性
以SiC為代表的化合物半導(dǎo)體在新能源車用功率器件方面展現(xiàn)出了優(yōu)秀的應(yīng)用性能。而SiC晶圓的制作需要進(jìn)行的步驟有：合成碳化硅微粉，晶體生長(zhǎng)，晶錠加工，晶體切割，晶片研磨，晶片拋光，晶片檢測(cè)，晶片清洗。
切片是SiC由晶錠轉(zhuǎn)化為晶片的第一道工序，決定了后道加工的整體良率，因此需要穩(wěn)定性、可靠性高的高精密切割設(shè)備。由于SiC的硬度大（莫氏硬度為9.2），加上容易脆裂的屬性，對(duì)其進(jìn)行切割一直以來(lái)都是晶圓加工難題。
目前國(guó)內(nèi)市面上的SiC切割技術(shù)（優(yōu)缺點(diǎn)）
SiC晶圓傳統(tǒng)上采用刀輪進(jìn)行切割，但由于SiC的莫氏硬度達(dá)到了9以上，需要選用相對(duì)昂貴的金剛石材質(zhì)作為刀輪，且刀輪耗材的使用壽命也大大減小。正因?yàn)镾iC擁有較高的機(jī)械強(qiáng)度，使得刀輪耗材的成本更高、切割效率極低。
目前，碳化硅材料的切割方案中，以砂漿多線切割和金剛線切割多線切割為主。
砂漿切割切割相比于傳統(tǒng)的切割方式，克服了一次只能切割一片的缺點(diǎn)，可以加工較薄的晶圓（切片厚度小于0.3 mm）,而且切割的產(chǎn)率高、材料損耗小，目前已經(jīng)廣泛用于單晶和多晶碳化硅片的加工。
但是這種切割方法也有很多缺點(diǎn)，例如：切割速度低、切割表面的精度低、砂漿液難回收并且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；另外在加工過(guò)程中游離的磨粒對(duì)鋼線也具有磨削作用，這不僅會(huì)導(dǎo)致切割出來(lái)的碳化硅晶片厚度不均勻，而且會(huì)降低線鋸的使用壽命。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，客戶對(duì)于降低切割成本、提高生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，多線切割技術(shù)的應(yīng)用也逐漸成熟，砂漿線切割技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于絕大部分碳化硅襯底廠商，金剛線切割技術(shù)也成為了主流迭代方案。
但是金剛線也有相應(yīng)的缺點(diǎn)：加工效率低、材料損耗率高、設(shè)備及耗材壽命短、影響晶片的曲面翹度、耗材單位成本高。
相比之下，激光切割技術(shù)具有高效率、高精度、無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸成為了切割碳化硅這類硬度高、脆性大材料的首選技術(shù)。
大族激光切割SiC的優(yōu)勢(shì)
據(jù)了解，大族激光的激光改質(zhì)切割是一種將半導(dǎo)體晶圓分離成單個(gè)芯片或晶粒的激光技術(shù)。該過(guò)程是使用精密激光束在晶圓內(nèi)部形成改質(zhì)層，使晶圓可以通過(guò)輕微外力沿激光掃描路徑精確分離。
碳化硅改質(zhì)切割一般為激光掃描以及以三點(diǎn)折彎為主要原理的機(jī)械劈裂兩個(gè)步驟。激光掃描就是形成改質(zhì)層的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程里激光在指定位置精確地誘導(dǎo)材料內(nèi)部的微裂紋，均勻分布的微裂紋在材料中存在時(shí)，會(huì)使應(yīng)力場(chǎng)（熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力等）在微裂紋周圍產(chǎn)生集中效應(yīng)，當(dāng)機(jī)械劈裂施加折彎應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力會(huì)因?yàn)楦馁|(zhì)層的存在而誘導(dǎo)到指定位置產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展，從而完成晶粒的精確分離。
SiC切割領(lǐng)域目前的企業(yè)動(dòng)態(tài)。
國(guó)際上除了大族激光的激光改質(zhì)切割技術(shù)，日企DISCO和英飛凌也有屬于自己的技術(shù)。
日本DISCO公司的KABRA技術(shù)是更為領(lǐng)先的激光切割技術(shù)。KABRA技術(shù)利用具有極好聚焦能力的光學(xué)系統(tǒng)將激光透過(guò)碳化硅的表面聚焦晶片內(nèi)部，在特定位置形成改性層之后可從晶錠上剝離出晶片。
DISCO公司利用激光加工設(shè)備的易自動(dòng)化的特性，還研發(fā)出能將激光改質(zhì)、剝離、研磨步驟并行的KABRA。
該技術(shù)可以顯著縮短切割時(shí)間，材料損耗也大幅度下降，還會(huì)省掉很多晶片研磨環(huán)節(jié)的各種成本。
2018年2月，圓晶切割公司Siltectra開(kāi)發(fā)了一種基于激光的Cold Split（冷切）晶圓減薄技術(shù)。
2018年11月，英飛凌耗資1.24億歐元（約9.45億人民幣），收購(gòu)了Siltectra。
Siltectra表示，他們的技術(shù)能夠?qū)iC晶圓的良率提高90%，在相同碳化硅晶錠的情況下，它可以提供3倍的材料，可生產(chǎn)更多的器件，最終SiC器件的成本可以降低20-30%。
與DISCO技術(shù)類似，冷切割技術(shù)先用激光照射晶錠形成剝落層，使碳化硅材料內(nèi)部體積膨脹，從而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力形成一層非常窄的微裂紋，然后通過(guò)聚合物冷卻步驟將微裂紋處理為一個(gè)主裂紋，最終將晶圓與剩余的晶錠分開(kāi)。
第三方對(duì)Cold Split技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果證實(shí)了該技術(shù)的巨大潛力，每片晶圓的總切口損失小于100μm。
該技術(shù)將晶圓減薄僅需幾分鐘，材料損失減少90%，，良品率極高。
激光切割雖然技術(shù)壁壘較高，但激光切割在SiC襯底上應(yīng)用所展現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)太過(guò)誘人，激光切割是未來(lái)晶片切割技術(shù)的發(fā)展方向。
如今市場(chǎng)上，也就只有DISCO和英飛凌掌握著應(yīng)用在大尺寸襯底的激光切割設(shè)備。
大族激光的答復(fù)，驗(yàn)證了其已經(jīng)能夠生產(chǎn)出符合企業(yè)要求的激光切割設(shè)備，后續(xù)設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)該也會(huì)很快進(jìn)行。（化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)Morty整理）
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