大族激光将规模化生产SiC激光切割设备

大族激光将规模化生产SiC激光切割设备

近日，大族激光有限公司（下文简称“大族激光”）在接受投资者调研的时表示，第三代半导体技术方面,公司研发的碳化硅激光切片设备正在持续推进与行业龙头客户的合作,为规模化生产做准备,并推出了碳化硅激光退火设备新产品。

切割技术对SiC的重要性

以SiC为代表的化合物半导体在新能源车用功率器件方面展现出了优秀的应用性能。而SiC晶圆的制作需要进行的步骤有：合成碳化硅微粉，晶体生长，晶锭加工，晶体切割，晶片研磨，晶片抛光，晶片检测，晶片清洗。

切片是SiC由晶锭转化为晶片的第一道工序，决定了后道加工的整体良率，因此需要稳定性、可靠性高的高精密切割设备。由于SiC的硬度大（莫氏硬度为9.2），加上容易脆裂的属性，对其进行切割一直以来都是晶圆加工难题。

目前国内市面上的SiC切割技术（优缺点）

SiC晶圆传统上采用刀轮进行切割，但由于SiC的莫氏硬度达到了9以上，需要选用相对昂贵的金刚石材质作为刀轮，且刀轮耗材的使用寿命也大大减小。正因为SiC拥有较高的机械强度，使得刀轮耗材的成本更高、切割效率极低。

目前，碳化硅材料的切割方案中，以砂浆多线切割和金刚线切割多线切割为主。
砂浆切割切割相比于传统的切割方式，克服了一次只能切割一片的缺点，可以加工较薄的晶圆（切片厚度小于0.3 mm）,而且切割的产率高、材料损耗小，目前已经广泛用于单晶和多晶碳化硅片的加工。

但是这种切割方法也有很多缺点，例如：切割速度低、切割表面的精度低、砂浆液难回收并且会对环境造成污染；另外在加工过程中游离的磨粒对钢线也具有磨削作用，这不仅会导致切割出来的碳化硅晶片厚度不均匀，而且会降低线锯的使用寿命。

随着半导体行业的发展，客户对于降低切割成本、提高生产效率的要求越来越高，多线切割技术的应用也逐渐成熟，砂浆线切割技术已经应用于绝大部分碳化硅衬底厂商，金刚线切割技术也成为了主流迭代方案。

但是金刚线也有相应的缺点：加工效率低、材料损耗率高、设备及耗材寿命短、影响晶片的曲面翘度、耗材单位成本高。

相比之下，激光切割技术具有高效率、高精度、无损伤等优点，因而逐渐成为了切割碳化硅这类硬度高、脆性大材料的首选技术。

大族激光切割SiC的优势

据了解，大族激光的激光改质切割是一种将半导体晶圆分离成单个芯片或晶粒的激光技术。该过程是使用精密激光束在晶圆内部形成改质层，使晶圆可以通过轻微外力沿激光扫描路径精确分离。

碳化硅改质切割一般为激光扫描以及以三点折弯为主要原理的机械劈裂两个步骤。激光扫描就是形成改质层的过程，在这个过程里激光在指定位置精确地诱导材料内部的微裂纹，均匀分布的微裂纹在材料中存在时，会使应力场（热应力、机械应力等）在微裂纹周围产生集中效应，当机械劈裂施加折弯应力时，应力会因为改质层的存在而诱导到指定位置产生裂纹的扩展，从而完成晶粒的精确分离。

SiC切割领域目前的企业动态。

国际上除了大族激光的激光改质切割技术，日企DISCO和英飞凌也有属于自己的技术。

日本DISCO公司的KABRA技术是更为领先的激光切割技术。KABRA技术利用具有极好聚焦能力的光学系统将激光透过碳化硅的表面聚焦晶片内部，在特定位置形成改性层之后可从晶锭上剥离出晶片。

DISCO公司利用激光加工设备的易自动化的特性，还研发出能将激光改质、剥离、研磨步骤并行的KABRA。

该技术可以显著缩短切割时间，材料损耗也大幅度下降，还会省掉很多晶片研磨环节的各种成本。

2018年2月，圆晶切割公司Siltectra开发了一种基于激光的Cold Split（冷切）晶圆减薄技术。

2018年11月，英飞凌耗资1.24亿欧元（约9.45亿人民币），收购了Siltectra。

Siltectra表示，他们的技术能够将SiC晶圆的良率提高90%，在相同碳化硅晶锭的情况下，它可以提供3倍的材料，可生产更多的器件，最终SiC器件的成本可以降低20-30%。

与DISCO技术类似，冷切割技术先用激光照射晶锭形成剥落层，使碳化硅材料内部体积膨胀，从而产生拉伸应力形成一层非常窄的微裂纹，然后通过聚合物冷却步骤将微裂纹处理为一个主裂纹，最终将晶圆与剩余的晶锭分开。

第三方对Cold Split技术进行了评估，结果证实了该技术的巨大潜力，每片晶圆的总切口损失小于100μm。

该技术将晶圆减薄仅需几分钟，材料损失减少90%，，良品率极高。

激光切割虽然技术壁垒较高，但激光切割在SiC衬底上应用所展现的优点太过诱人，激光切割是未来晶片切割技术的发展方向。
如今市场上，也就只有DISCO和英飞凌掌握着应用在大尺寸衬底的激光切割设备。

大族激光的答复，验证了其已经能够生产出符合企业要求的激光切割设备，后续设备的大规模生产应该也会很快进行。（化合物半导体市场）

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