S: Apakah teknologi utama yang digunakan dalam penghirisan dan pemprosesan wafer SiC?
A:Silikon karbida (SiC) mempunyai kekerasan kedua selepas berlian dan dianggap sebagai bahan yang sangat keras dan rapuh. Proses penghirisan, yang melibatkan pemotongan kristal yang tumbuh menjadi wafer nipis, memakan masa dan mudah terciplak. Sebagai langkah pertama dalamSiCDalam pemprosesan kristal tunggal, kualiti penghirisan mempengaruhi pengisaran, penggilapan dan penipisan seterusnya dengan ketara. Penghirisan sering menyebabkan retakan permukaan dan bawah permukaan, meningkatkan kadar kerosakan wafer dan kos pengeluaran. Oleh itu, mengawal kerosakan retakan permukaan semasa penghirisan adalah penting untuk memajukan fabrikasi peranti SiC.
Kaedah penghirisan SiC yang dilaporkan pada masa ini termasuk penghirisan tetap-lelas, bebas-lelas, pemotongan laser, pemindahan lapisan (pemisahan sejuk), dan penghirisan nyahcas elektrik. Antaranya, penghirisan berbilang dawai salingan dengan bahan pengikis berlian tetap adalah kaedah yang paling biasa digunakan untuk memproses hablur tunggal SiC. Walau bagaimanapun, apabila saiz jongkong mencapai 8 inci dan ke atas, penggergajian dawai tradisional menjadi kurang praktikal disebabkan oleh permintaan peralatan yang tinggi, kos dan kecekapan yang rendah. Terdapat keperluan mendesak untuk teknologi penghirisan yang berkos rendah, kehilangan rendah dan kecekapan tinggi.
S: Apakah kelebihan pemotongan laser berbanding pemotongan berbilang dawai tradisional?
A: Penggergajian dawai tradisional memotongJongkong SiCsepanjang arah tertentu menjadi kepingan beberapa ratus mikron tebal. Kepingan tersebut kemudiannya dikisar menggunakan buburan berlian untuk menghilangkan kesan gergaji dan kerosakan bawah permukaan, diikuti dengan penggilapan mekanikal kimia (CMP) untuk mencapai penyataan global, dan akhirnya dibersihkan untuk mendapatkan wafer SiC.
Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kekerasan dan kerapuhan SiC yang tinggi, langkah-langkah ini boleh menyebabkan lengkungan, keretakan, peningkatan kadar kerosakan, kos pengeluaran yang lebih tinggi dan mengakibatkan kekasaran permukaan yang tinggi dan pencemaran (habuk, air sisa, dll.). Selain itu, penggergajian dawai adalah perlahan dan mempunyai hasil yang rendah. Anggaran menunjukkan bahawa penghirisan berbilang dawai tradisional hanya mencapai kira-kira 50% penggunaan bahan, dan sehingga 75% daripada bahan hilang selepas penggilapan dan pengisaran. Data pengeluaran asing awal menunjukkan bahawa ia boleh mengambil masa kira-kira 273 hari pengeluaran berterusan selama 24 jam untuk menghasilkan 10,000 wafer—sangat memerlukan masa yang lama.
Di dalam negara, banyak syarikat pertumbuhan kristal SiC tertumpu pada peningkatan kapasiti relau. Walau bagaimanapun, adalah lebih penting untuk mempertimbangkan cara mengurangkan kerugian daripada hanya mengembangkan output—terutamanya apabila hasil pertumbuhan kristal belum optimum.
Peralatan penghirisan laser boleh mengurangkan kehilangan bahan dengan ketara dan meningkatkan hasil. Contohnya, menggunakan mesin pemotong tunggal 20 mmJongkong SiCPenggergajian dawai boleh menghasilkan sekitar 30 wafer dengan ketebalan 350 μm. Penghirisan laser boleh menghasilkan lebih daripada 50 wafer. Jika ketebalan wafer dikurangkan kepada 200 μm, lebih daripada 80 wafer boleh dihasilkan daripada jongkong yang sama. Walaupun penggergajian dawai digunakan secara meluas untuk wafer 6 inci dan lebih kecil, penghirisan jongkong SiC 8 inci mungkin mengambil masa 10–15 hari dengan kaedah tradisional, memerlukan peralatan canggih dan menanggung kos yang tinggi dengan kecekapan yang rendah. Dalam keadaan ini, kelebihan penghirisan laser menjadi jelas, menjadikannya teknologi masa depan arus perdana untuk wafer 8 inci.
Dengan pemotongan laser, masa penghirisan setiap wafer 8 inci boleh berada di bawah 20 minit, dengan kehilangan bahan setiap wafer di bawah 60 μm.
Secara ringkasnya, berbanding pemotongan berbilang dawai, penghirisan laser menawarkan kelajuan yang lebih tinggi, hasil yang lebih baik, kehilangan bahan yang lebih rendah dan pemprosesan yang lebih bersih.
S: Apakah cabaran teknikal utama dalam penghirisan laser SiC?
A: Proses penghirisan laser melibatkan dua langkah utama: pengubahsuaian laser dan pemisahan wafer.
Teras pengubahsuaian laser adalah pembentukan pancaran dan pengoptimuman parameter. Parameter seperti kuasa laser, diameter bintik dan kelajuan imbasan semuanya mempengaruhi kualiti ablasi bahan dan kejayaan pemisahan wafer berikutnya. Geometri zon yang diubah suai menentukan kekasaran permukaan dan kesukaran pemisahan. Kekasaran permukaan yang tinggi merumitkan pengisaran kemudian dan meningkatkan kehilangan bahan.
Selepas pengubahsuaian, pemisahan wafer biasanya dicapai melalui daya ricih, seperti patah sejuk atau tekanan mekanikal. Sesetengah sistem domestik menggunakan transduser ultrasonik untuk mendorong getaran bagi pemisahan, tetapi ini boleh menyebabkan keretakan dan kecacatan tepi, sekali gus menurunkan hasil akhir.
Walaupun kedua-dua langkah ini tidaklah sukar secara semulajadinya, ketidakkonsistenan dalam kualiti kristal—disebabkan oleh proses pertumbuhan, tahap doping dan taburan tegasan dalaman yang berbeza—mempengaruhi kesukaran penghirisan, hasil dan kehilangan bahan dengan ketara. Hanya mengenal pasti kawasan masalah dan melaraskan zon pengimbasan laser mungkin tidak dapat meningkatkan hasil dengan ketara.
Kunci kepada penggunaan meluas terletak pada pembangunan kaedah dan peralatan inovatif yang boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai kualiti kristal daripada pelbagai pengeluar, mengoptimumkan parameter proses dan membina sistem penghirisan laser dengan kebolehgunaan sejagat.
S: Bolehkah teknologi penghirisan laser digunakan pada bahan semikonduktor lain selain SiC?
A: Teknologi pemotongan laser secara sejarahnya telah digunakan untuk pelbagai jenis bahan. Dalam semikonduktor, ia pada mulanya digunakan untuk pemotongan wafer dan sejak itu telah berkembang kepada penghirisan kristal tunggal pukal yang besar.
Selain SiC, penghirisan laser juga boleh digunakan untuk bahan keras atau rapuh lain seperti berlian, galium nitrida (GaN), dan galium oksida (Ga₂O₃). Kajian awal ke atas bahan-bahan ini telah menunjukkan kebolehlaksanaan dan kelebihan penghirisan laser untuk aplikasi semikonduktor.
S: Adakah terdapat produk peralatan penghirisan laser domestik yang matang pada masa ini? Pada peringkat manakah penyelidikan anda sedang dijalankan?
A: Peralatan penghirisan laser SiC berdiameter besar secara meluas dianggap sebagai peralatan teras untuk masa depan pengeluaran wafer SiC 8 inci. Pada masa ini, hanya Jepun yang boleh menyediakan sistem sedemikian, dan ia mahal serta tertakluk kepada sekatan eksport.
Permintaan domestik untuk sistem penghirisan/penipisan laser dianggarkan sekitar 1,000 unit, berdasarkan rancangan pengeluaran SiC dan kapasiti gergaji dawai sedia ada. Syarikat domestik utama telah banyak melabur dalam pembangunan, tetapi tiada peralatan domestik matang yang tersedia secara komersial yang telah mencapai penggunaan perindustrian.
Kumpulan penyelidikan telah membangunkan teknologi pengangkatan laser proprietari sejak tahun 2001 dan kini telah memperluaskannya kepada penghirisan dan penipisan laser SiC berdiameter besar. Mereka telah membangunkan sistem prototaip dan proses penghirisan yang mampu: Memotong dan menipiskan wafer SiC separa penebat 4–6 inci Menghiris jongkong SiC konduktif 6–8 inci Penanda aras prestasi: SiC separa penebat 6–8 inci: masa penghirisan 10–15 minit/wafer; kehilangan bahan <30 μm SiC konduktif 6–8 inci: masa penghirisan 14–20 minit/wafer; kehilangan bahan <60 μm
Anggaran hasil wafer meningkat lebih 50%
Selepas penghirisan, wafer memenuhi piawaian kebangsaan untuk geometri selepas pengisaran dan penggilapan. Kajian juga menunjukkan bahawa kesan haba yang disebabkan oleh laser tidak memberi kesan yang ketara kepada tekanan atau geometri dalam wafer.
Peralatan yang sama juga telah digunakan untuk mengesahkan kebolehlaksanaan bagi menghiris kristal tunggal berlian, GaN dan Ga₂O₃.
Masa siaran: 23 Mei 2025