D: Quali sò e principali tecnulugie aduprate in u tagliu è a trasfurmazione di wafer di SiC?
A:Carburu di siliciu (SiC) hà una durezza seconda solu à u diamante è hè cunsideratu un materiale assai duru è fragile. U prucessu di tagliu, chì implica u tagliu di cristalli cresciuti in wafer sottili, richiede tempu è hè propensu à scheggiature. Cum'è u primu passu inSiCTrasfurmazione di monocristalli, a qualità di u tagliu influenza significativamente a successiva macinazione, lucidatura è assottigliatura. U tagliu spessu introduce crepe superficiali è sotterranee, aumentendu i tassi di rottura di e cialde è i costi di pruduzzione. Dunque, u cuntrollu di i danni da crepe superficiali durante u tagliu hè cruciale per fà avanzà a fabricazione di dispositivi SiC.
I metudi di taglio di SiC attualmente signalati includenu u taglio cù abrasivi fissi, u taglio senza abrasivi, u taglio laser, u trasferimentu di strati (separazione à fretu) è u taglio per scarica elettrica. Frà questi, u taglio alternativu multifilu cù abrasivi diamantati fissi hè u metudu più cumunamente utilizatu per a trasfurmazione di monocristalli di SiC. Tuttavia, cum'è e dimensioni di i lingotti righjunghjenu 8 pollici è più, a segatura tradiziunale à filu diventa menu pratica per via di l'elevate esigenze di l'attrezzatura, i costi è a bassa efficienza. Ci hè un bisognu urgente di tecnulugie di taglio à bassu costu, bassa perdita è alta efficienza.
D: Chì sò i vantaghji di u tagliu laser rispetto à u tagliu tradiziunale multi-fili?
A: A sega tradiziunale à filu taglia ulingotto di SiClongu una direzzione specifica in fette di parechji centinaie di micron di spessore. E fette sò poi macinate cù pasticchi di diamanti per rimuovere i segni di sega è i danni sotterranei, seguiti da una lucidatura chimica meccanica (CMP) per ottene una planarizazione globale, è infine puliti per ottene wafer di SiC.
Tuttavia, per via di l'alta durezza è fragilità di SiC, sti passi ponu facilmente causà deformazioni, screpolature, aumenti di i tassi di rottura, costi di pruduzzione più elevati, è risultanu in una rugosità superficiale è contaminazione elevata (polvera, acque reflue, ecc.). Inoltre, a sega à filu hè lenta è hà un rendimentu bassu. E stime mostranu chì u tagliu tradiziunale à più fili ottiene solu circa u 50% di utilizzazione di u materiale, è finu à u 75% di u materiale si perde dopu a lucidatura è a macinazione. I primi dati di pruduzzione straniera indicavanu chì ci pudianu vulè circa 273 ghjorni di pruduzzione cuntinua di 24 ore per pruduce 10.000 wafer, ciò chì richiede assai tempu.
À u livellu naziunale, parechje cumpagnie di crescita di cristalli di SiC si concentranu nantu à l'aumentu di a capacità di u fornu. Tuttavia, invece di solu espande a pruduzzione, hè più impurtante di cunsiderà cumu riduce e perdite, in particulare quandu i rendimenti di crescita di i cristalli ùn sò ancu ottimali.
L'attrezzatura di taglio laser pò riduce significativamente a perdita di materiale è migliurà u rendimentu. Per esempiu, aduprendu un solu 20 mmlingotto di SiCA sega à filu pò pruduce circa 30 wafer di 350 μm di spessore. U tagliu laser pò pruduce più di 50 wafer. Se u spessore di u wafer hè riduttu à 200 μm, più di 80 wafer ponu esse pruduciuti da u listessu lingotto. Mentre a sega à filu hè largamente aduprata per wafer di 6 pollici è più chjuchi, u tagliu di un lingotto SiC di 8 pollici pò piglià 10-15 ghjorni cù i metudi tradiziunali, chì richiedenu apparecchiature di alta gamma è incorrenu in costi elevati cù una bassa efficienza. In queste cundizioni, i vantaghji di u tagliu laser diventanu chjari, facendulu a tecnulugia futura principale per i wafer di 8 pollici.
Cù u tagliu laser, u tempu di tagliu per wafer di 8 pollici pò esse menu di 20 minuti, cù una perdita di materiale per wafer menu di 60 μm.
In riassuntu, paragunatu à u tagliu multi-fili, u tagliu laser offre una velocità più alta, un rendimentu megliu, una perdita di materiale più bassa è una trasfurmazione più pulita.
D: Quali sò i principali sfidi tecnichi in u tagliu laser di SiC?
A: U prucessu di taglio laser implica duie tappe principali: a mudificazione laser è a separazione di e wafer.
U core di a mudificazione laser hè a furmazione di u fasciu è l'ottimisazione di i parametri. I parametri cum'è a putenza laser, u diametru di u spot è a velocità di scansione influenzanu tutti a qualità di l'ablazione di u materiale è u successu di a successiva separazione di e wafer. A geometria di a zona mudificata determina a rugosità di a superficia è a difficultà di separazione. L'alta rugosità di a superficia complica a macinazione successiva è aumenta a perdita di materiale.
Dopu a mudificazione, a separazione di e cialde hè tipicamente ottenuta per mezu di forze di taglio, cum'è a frattura à fretu o u stress meccanicu. Certi sistemi domestichi utilizanu trasduttori ultrasonici per induce vibrazioni per a separazione, ma questu pò causà scheggiature è difetti di bordu, riducendu u rendimentu finale.
Benchì sti dui passi ùn sianu micca intrinsecamente difficiuli, l'inconsistenze in a qualità di i cristalli - per via di i sfarenti prucessi di crescita, i livelli di doping è e distribuzioni di stress interni - influenzanu significativamente a difficultà di taglio, u rendimentu è a perdita di materiale. A semplice identificazione di e zone problematiche è l'aghjustamentu di e zone di scansione laser ùn ponu micca migliurà sustanzialmente i risultati.
A chjave per una adozione diffusa stà in u sviluppu di metudi è apparecchiature innovative chì ponu adattassi à una vasta gamma di qualità di cristalli da diversi pruduttori, ottimizendu i parametri di prucessu è custruendu sistemi di taglio laser cù applicabilità universale.
D: A tecnulugia di taglio laser pò esse applicata à altri materiali semiconduttori in più di u SiC?
A: A tecnulugia di tagliu laser hè stata storicamente applicata à una vasta gamma di materiali. In i semiconduttori, hè stata inizialmente aduprata per u tagliu di wafer è dapoi s'hè allargata à u tagliu di monocristalli di grande massa.
Oltre à u SiC, u tagliu laser pò ancu esse adupratu per altri materiali duri o fragili cum'è u diamante, u nitruru di galliu (GaN) è l'ossidu di galliu (Ga₂O₃). Studi preliminari nantu à sti materiali anu dimustratu a fattibilità è i vantaghji di u tagliu laser per l'applicazioni di semiconduttori.
D: Ci sò attualmente prudutti domestichi maturi per u tagliu laser? In quale fase hè a vostra ricerca?
A: L'equipaggiu di taglio laser SiC di grande diametru hè largamente cunsideratu cum'è l'equipaggiu principale per u futuru di a pruduzzione di wafer SiC di 8 pollici. Attualmente, solu u Giappone pò furnisce tali sistemi, è sò cari è sottumessi à restrizioni à l'esportazione.
A dumanda naziunale di sistemi di taglio/assottigliatura laser hè stimata à circa 1.000 unità, secondu i piani di pruduzzione di SiC è a capacità esistente di sega à filu. E grande cumpagnie naziunali anu investitu assai in u sviluppu, ma nisun equipagiu domesticu maturu è dispunibule cummercialmente hè ancu ghjuntu à u sviluppu industriale.
I gruppi di ricerca anu sviluppatu una tecnulugia di laser lift-off pruprietaria dapoi u 2001 è avà l'anu allargata à u tagliu è assottigliamentu laser SiC di grande diametru. Anu sviluppatu un sistema prototipu è prucessi di tagliu capaci di: Taglià è assottiglià wafer SiC semi-isolanti di 4-6 pollici Tagliu di lingotti SiC conduttivi di 6-8 pollici Benchmark di prestazione: SiC semi-isolante di 6-8 pollici: tempu di tagliu 10-15 minuti/wafer; perdita di materiale <30 μm SiC conduttivu di 6-8 pollici: tempu di tagliu 14-20 minuti/wafer; perdita di materiale <60 μm
U rendimentu stimatu di e cialde hè aumentatu di più di u 50%
Dopu u tagliu, i wafers rispondenu à i standard naziunali per a geometria dopu a macinazione è a lucidatura. I studii mostranu ancu chì l'effetti termichi indotti da u laser ùn anu micca un impattu significativu nantu à u stress o a geometria in i wafers.
U listessu equipamentu hè statu ancu utilizatu per verificà a fattibilità di taglià monocristalli di diamante, GaN è Ga₂O₃.
Data di publicazione: 23 di maghju di u 2025