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    碳化硅晶圓劃片方法

    發布時間:2021/10/12

    碳化硅晶圓切片法

    碳化硅是制造高溫、高頻、大功率電力電子器件的理想半導體材料。與傳統的硅基產品相比,其設備可以為電力電子產品的升級提供核心保障,如新能源汽車、充電樁、光伏發電等領域。目前,基于此的6寸碳化硅晶圓已經在世界范圍內大規模投產。第一片國產6寸碳化硅MOSFET(金屬氧化物場效應晶體管)晶圓在上海正式發布,填補了國內在這一領域的空白,未來市場容量可達100億美元。

    碳化硅晶圓砂輪劃片

    砂輪劃片機通過空氣靜壓電主軸驅動刀片高速旋轉,實現材料的強磨。使用的刀片刃口鍍有金剛砂顆粒,金剛砂的莫氏硬度為10級,僅略高于硬度為9.5級的SiC。反復低速磨削不僅費時費力,還會導致刀具頻繁磨損。例如:每片100mm(4英寸)SiC晶圓需要6~8h,而且容易造成崩邊缺陷。因此,這種傳統的低效加工方法逐漸被激光劃片所取代。

    激光全劃

    激光劃片是利用高能激光束照射工件表面,使被照射區域局部熔化氣化,從而去除材料,實現劃片的過程。激光片是非接觸式加工,無機械應力損傷,加工方法靈活,無刀具損耗和水污染,設備維護成本低。采用耐高溫燒蝕的UV膜,防止激光劃透晶圓時損壞支撐膜。

    碳化硅晶圓

    碳化硅晶圓2

    當前,碳化硅晶圓激光劃片設備采用工業激光,波長主要為1064nm.532nm.355nm,脈寬為納秒.皮秒和飛秒級。激光波長越短,脈寬越短,加工熱效應越小,有利于微精加工,但成本相對較高。355nm紫外納秒激光器技術成熟,成本低,加工熱效應小,應用廣泛。近年來,1064nm皮秒激光技術發展迅速,應用于許多新領域,取得了良好的效果。圖1.圖2分別比較了兩種激光器切割SiC晶圓的效果。

    從圖1.圖2可以看出,355nm紫外激光加工熱效應小,但未完全氣化的熔渣在切割道內粘連堆積,使切割截面不光滑,附著的熔渣在后續工藝中容易脫落,影響設備性能。1064nm皮秒激光器功率大,切割效率高,材料去除充分,截面均勻,但加工熱效應過大,芯片設計需要預留更寬的切割路徑。

    隨著行業從內燃機向電動汽車的轉變,基于碳化硅的電源解決方案在整個汽車市場迅速增長,從而實現更高的系統效率,使電動汽車具有更長的續航里程和更快的充電速度,同時降低成本、重量和空間。碳化硅解決方案可以在工業市場上實現更小、更輕、更具成本效益的設計,更有效地轉換能源,開啟新的清潔能源應用。為了更好地支持這些不斷增長的市場,設備制造商有興趣確保獲得高質量的碳化硅襯底來支持他們的客戶。

    晶圓玻璃

    而且國內相關行業龍頭企業比亞迪.華為等都在其旗艦產品中廣泛使用碳化硅MOSFET,國際上,歐洲超級充電樁也采用了這種模塊,據估計,今年全球碳化硅市場預計將達到6億美元左右,隨著新能源產業的蓬勃發展,市場增量潛力巨大,有機構預測2027年全球碳化硅市場將達到100億美元,而國內市場至少將占據半壁江山。

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