1. 痛點問題
SiC不僅是關(guān)系國防安全的的重要技術(shù),同時也是關(guān)于全球汽車產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)非常注重的關(guān)鍵技術(shù)。將生長出的晶體切成片狀作為碳化硅單晶加工過程的第一道工序,切片的性能決定了后續(xù)薄化、拋光的加工水平。切片加工易在晶片表面和亞表面產(chǎn)生裂紋,增加晶片的破片率和制造成本,因此控制晶片表層裂紋損傷,對推動碳化硅器件制造技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。目前,碳化硅晶錠切片主要面臨兩個痛點問題:
(1)傳統(tǒng)多線切割技術(shù)材料損耗率高。由于碳化硅是高硬度的脆性材料,切磨拋的加工難度增加,加工過程中其曲翹開裂等問題嚴(yán)重,損耗巨大。根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù),在傳統(tǒng)的往復(fù)式金剛石固結(jié)磨料多線切割方法下,在切割環(huán)節(jié)對整體材料利用率僅有50%,經(jīng)過拋光研磨環(huán)節(jié)后,切損耗比例則高達(dá)75%(單片總損耗~250um),可用部分比例較低。
(2)傳統(tǒng)多線切割技術(shù)加工周期長,產(chǎn)率低。國外生產(chǎn)統(tǒng)計顯示,24小時連續(xù)并行生產(chǎn),10000片生產(chǎn)時間約273天。要想滿足市場需求,需要大量的線切割設(shè)備和耗材,而且線切割技術(shù)表界面粗糙度高、污染嚴(yán)重(粉塵、污水等)。
2. 解決方案
碳化硅襯底除了“如何增產(chǎn)”,更應(yīng)該思考的是“如何節(jié)約”。采用激光切片設(shè)備可以大大的降低損耗,提升產(chǎn)率。以單個20毫米SiC晶錠為例,采用線鋸可生產(chǎn)30片350um的晶圓,而用激光切片技術(shù)可生產(chǎn)50多片晶圓。同時,由于激光切片生產(chǎn)的晶圓的幾何特性更好,因此單片晶圓厚度可以減少到200 um,這就進(jìn)一步增加了晶圓數(shù)量,單個20毫米SiC晶錠可以生產(chǎn)80多片晶圓。
3. 競爭優(yōu)勢分析
本項目已完成大尺寸原型激光切片設(shè)備的研發(fā),實現(xiàn)了4-6英寸半絕緣碳化硅晶圓的切割減薄、6英寸導(dǎo)電型碳化硅晶錠的切片,正在進(jìn)行8英寸晶錠切片驗證。
(1)半絕緣/導(dǎo)電型6英寸碳化硅晶錠單片切割時間≤15min;單臺年產(chǎn)晶片>30000片。
(2)半絕緣碳化硅晶錠單片損耗≤30um;導(dǎo)電型單片損耗≤60um,產(chǎn)片率提升>50%。
4. 市場應(yīng)用前景
大尺寸碳化硅激光切片設(shè)備是未來8英寸碳化硅晶錠切片的核心設(shè)備。目前大尺寸碳化硅晶錠激光切片設(shè)備僅日本能提供,價格昂貴且對中國禁運。據(jù)調(diào)研,激光切片/減薄設(shè)備國內(nèi)需求超過1000臺以上,目前大族激光、德龍激光等公司已經(jīng)投入巨資開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品,但尚未有商品化國產(chǎn)成熟設(shè)備銷售。本項目研發(fā)的設(shè)備不僅用于碳化硅晶錠切割和晶片減薄,也可以用于氮化鎵、氧化鎵、金剛石等激光加工。
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