自1960年代起，以矽為(wei) 標誌的第一代半導體(ti) 材料一直是半導體(ti) 行業(ye) 產(chan) 品中使用最多的材料，由於(yu) 其在通常條件下具備良好的穩定性，矽襯底一直被廣泛使用於(yu) 集成電路芯片領域；但矽襯底在光電應用領域、高頻高功率應用領域中存在材料性能不足的缺點，因此以光通訊為(wei) 代表的行業(ye) 開始使用GaAs和、InP等二代半導體(ti) 材料作為(wei) 器件襯底。

SiC和GaN為(wei) 代表的寬禁帶寬度材料（Eg≥2.3eV）則被稱之為(wei) 第三代半導體(ti) 材料。除了寬禁帶寬度的特點，第三代半導體(ti) 的主要特點在於(yu) 高擊穿電壓、高熱傳(chuan) 導率、高飽和電子濃度以及高耐輻射能力，這些特性決(jue) 定了第三代半導體(ti) 材料在眾(zhong) 多嚴(yan) 酷環境中也能正常工作。SiC作為(wei) 第三代半導體(ti) 中的代表材料，可以應用於(yu) 各種領域的高電壓環境中，包括汽車、能源、運輸、消費類電子等。據預測，到2025年全球SiC市場將會(hui) 增加到60.4億(yi) 美元（ResearchAndMarkets.com）。

第三代半導體(ti) SiC晶圓的激光內(nei) 部改質切割技術

SiC晶圓傳(chuan) 統上采用刀輪進行切割，但由於(yu) SiC的Mohs硬度達到了9以上，需要選用相對昂貴的金剛石材質作為(wei) 刀輪，且刀輪耗材的使用壽命也大大減小。正因為(wei) SiC擁有較高的機械強度，使得刀輪耗材的成本更高、切割效率極低。

表一 常見材料的莫氏硬度

目前激光切割SiC晶圓的方案為(wei) 激光內(nei) 部改質切割，其原理為(wei) 激光在SiC晶圓內(nei) 部聚焦，在晶圓內(nei) 部形成改質層後，配合裂片進行晶粒分離。SiC作為(wei) 寬禁帶半導體(ti) ，禁帶寬度在3.2eV左右，這也意味著材料表麵的對於(yu) 大部分波長的吸收率很低，使得SiC晶圓與(yu) 激光內(nei) 部改質切割擁有絕佳的相匹配性。

圖一 激光內(nei) 部改質切割示意圖

圖二 SiC的吸收圖譜 Choyke (1969)[1]

激光切割難點與(yu) 技術突破

由於(yu) 碳化矽自然界中擁有多態（Polymorphs），例如3C-SiC，4H-SiC，6H-SiC等，其中六方晶係的碳化矽理論上有無數種多態可能性。目前行業(ye) 內(nei) 選用的碳化矽多態為(wei) 4H-SiC。為(wei) 了獲得想要的低缺陷4H-SiC，SiC晶圓通常需要以4°偏軸在種子晶格上進行晶錠生長。因此，在切割垂直晶圓平邊的方向時，裂紋會(hui) 與(yu) C麵軸向[0001]產(chan) 生4°偏角。使用普通激光切割設備進行切割時，4°的偏角會(hui) 使材料裂開變得困難，從(cong) 而使得最終該方向產(chan) 生嚴(yan) 重崩邊（chipping）和切割痕跡蜿蜒（meandering）。

圖三 4H-SiC的偏軸示意圖

大族顯視與(yu) 半導體(ti) 自主研發的第三代半導體(ti) SiC晶圓激光內(nei) 部改質切割設備（圖六），針對晶格結構的方向，對激光器和光路係統進行了升級，配合精準的平台移動和焦點能量密度控製；針對SiC的晶體(ti) 學特性壓製了材料的斜裂，從(cong) 而在垂直平邊的切割方向也能獲得優(you) 秀的效果，最終產(chan) 品晶粒兩(liang) 個(ge) 方向均無崩邊、無碎屑、無雙晶、無可見蜿蜒（能控製在1μm以內(nei) ），實際效果如下圖（圖四＆圖五）。

圖四 SiC產(chan) 品切割效果正麵圖

圖五 SiC產(chan) 品切割效果背麵圖

該設備為(wei) 國內(nei) 首台第三代半導體(ti) SiC晶圓激光內(nei) 部改質切割設備。自2015年開始，大族顯視與(yu) 半導體(ti) 配合半導體(ti) 行業(ye) 客戶需求，自主研發並生產(chan) 了該設備，打破了國外技術壟斷，填補了國內(nei) 市場空白。該技術自成型以來，已形成批量銷售，大族顯視與(yu) 半導體(ti) 技術團隊以激光切割設備為(wei) 核心在多個(ge) 客戶現場提供整套的碳化矽切割解決(jue) 方案，備受客戶讚譽。

圖六大族第三代半導體(ti) 內(nei) 部改質切割設備

隨著SiC市場規模的擴大以及終端品質要求的提升，SiC晶圓加工行業(ye) 麵臨(lin) 更大的機遇和挑戰。大族顯視與(yu) 半導體(ti) 作為(wei) 第三代半導體(ti) 晶圓激光切割領域的領跑者，將不斷創新、研發，為(wei) 半導體(ti) 行業(ye) 提供最專(zhuan) 業(ye) 的激光加工設備及方案。