V: Wat zijn de belangrijkste technologieën die worden gebruikt bij het snijden en verwerken van SiC-wafers?
A:Siliciumcarbide (SiC) heeft een hardheid die alleen door diamant wordt overtroffen en wordt beschouwd als een zeer hard en bros materiaal. Het snijproces, waarbij de gegroeide kristallen in dunne wafers worden gesneden, is tijdrovend en gevoelig voor afbrokkeling. Als eerste stap inSiCBij de verwerking van monokristallen heeft de kwaliteit van het snijden een aanzienlijke invloed op het daaropvolgende slijpen, polijsten en verdunnen. Snijden veroorzaakt vaak scheuren aan het oppervlak en daaronder, wat leidt tot hogere breukpercentages en hogere productiekosten. Het beheersen van scheurschade aan het oppervlak tijdens het snijden is daarom cruciaal voor de verdere ontwikkeling van de productie van SiC-componenten.
De momenteel gerapporteerde SiC-slicingmethoden omvatten vast abrasief snijden, vrij abrasief snijden, lasersnijden, laagoverdracht (koude scheiding) en elektrisch ontladingssnijden. Van deze methoden is reciprocating multi-wire snijden met vaste diamantschuurmiddelen de meest gebruikte methode voor het bewerken van SiC-monokristallen. Naarmate de ingotgroottes echter 8 inch (20 cm) en groter worden, wordt traditioneel draadzagen minder praktisch vanwege de hoge eisen aan de apparatuur, de kosten en de lage efficiëntie. Er is een dringende behoefte aan goedkope, verliesarme en zeer efficiënte snijtechnologieën.
V: Wat zijn de voordelen van lasersnijden ten opzichte van traditioneel snijden met meerdere draden?
A: Traditioneel draadzagen snijdt deSiC-staafin een specifieke richting in plakjes van enkele honderden micrometers dik. De plakjes worden vervolgens geslepen met diamantslurries om zaagsporen en beschadigingen onder het oppervlak te verwijderen, gevolgd door chemisch-mechanisch polijsten (CMP) om globale planarisatie te bereiken, en tot slot gereinigd om SiC-wafers te verkrijgen.
Door de hoge hardheid en broosheid van SiC kunnen deze stappen echter gemakkelijk kromtrekken, scheuren, een hogere breukfrequentie en hogere productiekosten veroorzaken, evenals een hoge oppervlakteruwheid en verontreiniging (stof, afvalwater, enz.). Bovendien is draadzagen traag en heeft het een lage opbrengst. Schattingen tonen aan dat traditioneel snijden met meerdere draden slechts ongeveer 50% van het materiaal benut en dat tot 75% van het materiaal verloren gaat na het polijsten en slijpen. Vroege buitenlandse productiegegevens gaven aan dat het ongeveer 273 dagen onafgebroken 24-uurs productie zou kunnen kosten om 10.000 wafers te produceren – een zeer tijdrovende klus.
In eigen land richten veel SiC-kristalgroeibedrijven zich op het vergroten van de ovencapaciteit. In plaats van alleen de productie te verhogen, is het echter belangrijker om te kijken hoe verliezen kunnen worden beperkt, vooral wanneer de kristalgroei nog niet optimaal is.
Lasersnijapparatuur kan materiaalverlies aanzienlijk verminderen en de opbrengst verbeteren. Bijvoorbeeld met één 20 mmSiC-staafDraadzagen kan ongeveer 30 wafers met een dikte van 350 μm opleveren. Lasersnijden kan meer dan 50 wafers opleveren. Als de waferdikte wordt teruggebracht tot 200 μm, kunnen er meer dan 80 wafers uit dezelfde staaf worden geproduceerd. Draadzagen wordt veel gebruikt voor wafers van 6 inch en kleiner, maar het snijden van een SiC-staaf van 8 inch kan met traditionele methoden 10 tot 15 dagen duren. Hiervoor is geavanceerde apparatuur nodig, hoge kosten en een lage efficiëntie. Onder deze omstandigheden worden de voordelen van lasersnijden duidelijk, waardoor het de belangrijkste toekomstige technologie wordt voor 8 inch wafers.
Met lasersnijden kan de snijtijd per 8-inch wafer minder dan 20 minuten bedragen, met een materiaalverlies per wafer van minder dan 60 μm.
Samenvattend biedt lasersnijden vergeleken met snijden met meerdere draden een hogere snelheid, een betere opbrengst, minder materiaalverlies en een schonere verwerking.
V: Wat zijn de belangrijkste technische uitdagingen bij SiC-lasersnijden?
A:Het laserslicingproces bestaat uit twee hoofdstappen: lasermodificatie en waferscheiding.
De kern van lasermodificatie is bundelvorming en parameteroptimalisatie. Parameters zoals laservermogen, spotdiameter en scansnelheid beïnvloeden allemaal de kwaliteit van de materiaalablatie en het succes van de daaropvolgende waferscheiding. De geometrie van de gemodificeerde zone bepaalt de oppervlakteruwheid en de moeilijkheidsgraad van de scheiding. Een hoge oppervlakteruwheid compliceert het latere slijpen en verhoogt het materiaalverlies.
Na modificatie wordt de wafer meestal gescheiden door schuifkrachten, zoals koude breuk of mechanische spanning. Sommige huishoudelijke systemen gebruiken ultrasone transducers om trillingen te veroorzaken voor de scheiding, maar dit kan afbrokkeling en randdefecten veroorzaken, wat de uiteindelijke opbrengst verlaagt.
Hoewel deze twee stappen op zichzelf niet moeilijk zijn, hebben inconsistenties in de kristalkwaliteit – als gevolg van verschillende groeiprocessen, dopingniveaus en interne spanningsverdelingen – aanzienlijke invloed op de moeilijkheidsgraad, de opbrengst en het materiaalverlies bij het snijden. Alleen het identificeren van probleemgebieden en het aanpassen van laserscanzones leidt mogelijk niet tot substantiële verbetering van de resultaten.
De sleutel tot brede acceptatie ligt in de ontwikkeling van innovatieve methoden en apparatuur die geschikt zijn voor een breed scala aan kristalkwaliteiten van verschillende fabrikanten, in het optimaliseren van procesparameters en in het bouwen van laserslicingsystemen met universele toepasbaarheid.
V: Kan laserslicingtechnologie worden toegepast op andere halfgeleidermaterialen dan SiC?
A: Lasersnijtechnologie wordt al eeuwenlang toegepast op een breed scala aan materialen. In halfgeleiders werd het aanvankelijk gebruikt voor het snijden van wafers en is het sindsdien uitgebreid naar het snijden van grote hoeveelheden monokristallen.
Naast SiC kan lasersnijden ook worden toegepast op andere harde of brosse materialen, zoals diamant, galliumnitride (GaN) en galliumoxide (Ga₂O₃). Voorlopige studies naar deze materialen hebben de haalbaarheid en voordelen van lasersnijden voor halfgeleidertoepassingen aangetoond.
V: Zijn er momenteel volwassen laserslicingapparatuurproducten voor thuisgebruik? In welk stadium bevindt uw onderzoek zich?
A: SiC-lasersnijders met grote diameters worden algemeen beschouwd als kernapparatuur voor de toekomstige productie van 8-inch SiC-wafers. Momenteel kan alleen Japan dergelijke systemen leveren, en ze zijn duur en onderhevig aan exportbeperkingen.
De binnenlandse vraag naar laserslicing-/verdunningssystemen wordt geschat op ongeveer 1.000 stuks, gebaseerd op SiC-productieplannen en de bestaande draadzaagcapaciteit. Grote binnenlandse bedrijven hebben fors geïnvesteerd in de ontwikkeling, maar er is nog geen volwassen, commercieel verkrijgbare apparatuur voor binnenlands gebruik die industrieel wordt ingezet.
Onderzoeksgroepen ontwikkelen al sinds 2001 gepatenteerde laser lift-off technologie en hebben deze nu uitgebreid naar het lasersnijden en verdunnen van SiC met grote diameters. Ze hebben een prototypesysteem en snijprocessen ontwikkeld die in staat zijn tot: het snijden en verdunnen van semi-isolerende SiC-wafers van 4–6 inch; het snijden van geleidende SiC-staven van 6–8 inch; prestatiebenchmarks: semi-isolerende SiC van 6–8 inch: snijtijd 10–15 minuten/wafer; materiaalverlies <30 μm; geleidende SiC van 6–8 inch: snijtijd 14–20 minuten/wafer; materiaalverlies <60 μm.
Geschatte waferopbrengst met meer dan 50% gestegen
Na het snijden voldoen de wafers na slijpen en polijsten aan de nationale normen voor geometrie. Studies tonen ook aan dat lasergeïnduceerde thermische effecten geen significante invloed hebben op de spanning of geometrie van de wafers.
Dezelfde apparatuur is ook gebruikt om de haalbaarheid van het snijden van diamant-, GaN- en Ga₂O₃-monokristallen te verifiëren.
Geplaatst op: 23 mei 2025