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碳化硅晶圆划片方法

发布时间:2021/10/12

碳化硅晶圆切片法

碳化硅是制造高温、高频、大功率电力电子器件的理想半导体材料。与传统的硅基产品相比,其设备可以为电力电子产品的升级提供核心保障,如新能源汽车、充电桩、光伏发电等领域。目前,基于此的6寸碳化硅晶圆已经在世界范围内大规模投产。第一片国产6寸碳化硅MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)晶圆在上海正式发布,填补了国内在这一领域的空白,未来市场容量可达100亿美元。

碳化硅晶圆砂轮划片

砂轮划片机通过空气静压电主轴驱动刀片高速旋转,实现材料的强磨。使用的刀片刃口镀有金刚砂颗粒,金刚砂的莫氏硬度为10级,仅略高于硬度为9.5级的SiC。反复低速磨削不仅费时费力,还会导致刀具频繁磨损。例如:每片100mm(4英寸)SiC晶圆需要6~8h,而且容易造成崩边缺陷。因此,这种传统的低效加工方法逐渐被激光划片所取代。

激光全划

激光划片是利用高能激光束照射工件表面,使被照射区域局部熔化气化,从而去除材料,实现划片的过程。激光片是非接触式加工,无机械应力损伤,加工方法灵活,无刀具损耗和水污染,设备维护成本低。采用耐高温烧蚀的UV膜,防止激光划透晶圆时损坏支撑膜。

碳化硅晶圆

碳化硅晶圆2

当前,碳化硅晶圆激光划片设备采用工业激光,波长主要为1064nm.532nm.355nm,脉宽为纳秒.皮秒和飞秒级。激光波长越短,脉宽越短,加工热效应越小,有利于微精加工,但成本相对较高。355nm紫外纳秒激光器技术成熟,成本低,加工热效应小,应用广泛。近年来,1064nm皮秒激光技术发展迅速,应用于许多新领域,取得了良好的效果。图1.图2分别比较了两种激光器切割SiC晶圆的效果。

从图1.图2可以看出,355nm紫外激光加工热效应小,但未完全气化的熔渣在切割道内粘连堆积,使切割截面不光滑,附着的熔渣在后续工艺中容易脱落,影响设备性能。1064nm皮秒激光器功率大,切割效率高,材料去除充分,截面均匀,但加工热效应过大,芯片设计需要预留更宽的切割路径。

随着行业从内燃机向电动汽车的转变,基于碳化硅的电源解决方案在整个汽车市场迅速增长,从而实现更高的系统效率,使电动汽车具有更长的续航里程和更快的充电速度,同时降低成本、重量和空间。碳化硅解决方案可以在工业市场上实现更小、更轻、更具成本效益的设计,更有效地转换能源,开启新的清洁能源应用。为了更好地支持这些不断增长的市场,设备制造商有兴趣确保获得高质量的碳化硅衬底来支持他们的客户。

晶圆玻璃

而且国内相关行业龙头企业比亚迪.华为等都在其旗舰产品中广泛使用碳化硅MOSFET,国际上,欧洲超级充电桩也采用了这种模块,据估计,今年全球碳化硅市场预计将达到6亿美元左右,随着新能源产业的蓬勃发展,市场增量潜力巨大,有机构预测2027年全球碳化硅市场将达到100亿美元,而国内市场至少将占据半壁江山。

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