重大突破！14英寸SiC晶圓實(shí)現(xiàn)低損傷精密加工

近日，晟光硅研宣布，依托自主工藝體系，采用水導(dǎo)激光加工技術(shù)批量完成14英寸單晶碳化硅（SiC）晶圓加工驗(yàn)證，成功突破超大尺寸碳化硅晶圓低損傷精密成型關(guān)鍵技術(shù)，為大尺寸第三代半導(dǎo)體襯底加工提供了新的技術(shù)路徑，也為未來(lái)14英寸碳化硅產(chǎn)業(yè)化奠定了工藝基礎(chǔ)。

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體的核心材料，具有寬禁帶、高耐壓、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異特性，在新能源汽車(chē)、光伏儲(chǔ)能、高壓輸配電、軌道交通及航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著功率器件需求快速增長(zhǎng)，更大尺寸碳化硅襯底成為行業(yè)重要發(fā)展方向，可有效提升單片晶圓產(chǎn)出、降低制造成本。

不過(guò)，14英寸單晶碳化硅加工難度極高。材料本身硬度接近金剛石，脆性大且對(duì)熱應(yīng)力敏感，而超大尺寸晶圓剛性較弱，加工過(guò)程中容易出現(xiàn)崩邊、隱裂、翹曲等缺陷，成為制約產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸。

目前，行業(yè)主要采用機(jī)械加工和干式激光加工兩種方案。機(jī)械加工依賴(lài)金剛石線(xiàn)鋸或砂輪磨削，容易引入機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致邊緣崩裂、亞表面微裂紋，同時(shí)切縫較寬、材料損耗較大；干式激光加工雖然實(shí)現(xiàn)非接觸加工，但熱影響區(qū)較大，易產(chǎn)生熱裂紋、重鑄層和氧化缺陷，難以滿(mǎn)足高端半導(dǎo)體晶圓對(duì)加工精度和材料完整性的要求。

針對(duì)這些難題，水導(dǎo)激光技術(shù)將激光束耦合至高速水射流中，實(shí)現(xiàn)激光與水流協(xié)同加工。加工過(guò)程中，水流不僅能夠穩(wěn)定約束激光傳播，還可實(shí)時(shí)帶走熱量和加工碎屑，從而顯著降低熱影響區(qū)，減少熱應(yīng)力和晶格損傷，避免傳統(tǒng)激光加工常見(jiàn)的熱裂紋問(wèn)題。

與此同時(shí)，水導(dǎo)激光屬于非接觸式加工，不會(huì)對(duì)晶圓施加機(jī)械擠壓和摩擦，可有效降低超大尺寸薄壁晶圓的碎裂風(fēng)險(xiǎn)。由于激光始終被約束在水束內(nèi)部，切縫更窄、側(cè)壁垂直度更高，加工尺寸一致性得到提升，同時(shí)減少后續(xù)研磨和拋光工序，提高材料利用率并降低加工成本。

據(jù)介紹，經(jīng)過(guò)多輪工藝驗(yàn)證，采用水導(dǎo)激光加工的14英寸單晶碳化硅晶圓在輪廓尺寸精度、邊緣完整性及亞表面損傷等關(guān)鍵指標(biāo)上均達(dá)到預(yù)期要求，驗(yàn)證了該工藝在超大尺寸碳化硅晶圓精密加工中的可行性。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，大尺寸碳化硅襯底是未來(lái)第三代半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)降本增效的重要方向。此次14英寸單晶碳化硅水導(dǎo)激光加工驗(yàn)證成功，不僅為超大尺寸SiC襯底制造提供了新的解決方案，也有望推動(dòng)相關(guān)工藝向標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化和規(guī)?；a(chǎn)邁進(jìn)，進(jìn)一步提升我國(guó)大尺寸碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)鏈的自主制造能力。

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