Î: Care sunt principalele tehnologii utilizate în felierea și procesarea napolitanelor de SiC?
A:Carbură de siliciu (SiC) are o duritate a doua după diamant și este considerat un material foarte dur și fragil. Procesul de feliere, care implică tăierea cristalelor crescute în napolitane subțiri, consumă mult timp și este predispus la ciobire. Ca prim pas înSicÎn procesarea monocristalelor, calitatea felierii influențează semnificativ șlefuirea, lustruirea și subțierea ulterioare. Felierea introduce adesea fisuri la suprafață și la subsol, crescând ratele de rupere a napolitanelor și costurile de producție. Prin urmare, controlul deteriorării fisurilor de suprafață în timpul felierii este crucial pentru avansarea fabricării dispozitivelor SiC.
Metodele de tăiere cu SiC raportate în prezent includ tăierea cu abraziv fix, tăierea cu abraziv liber, tăierea cu laser, transferul de straturi (separare la rece) și tăierea prin descărcare electrică. Printre acestea, tăierea alternativă cu mai multe fire cu abrazivi diamantați ficși este cea mai frecvent utilizată metodă pentru prelucrarea monocristalelor de SiC. Cu toate acestea, pe măsură ce dimensiunile lingourilor ating 8 inci și mai mult, tăierea tradițională cu sârmă devine mai puțin practică din cauza cerințelor ridicate de echipamente, a costurilor și a eficienței scăzute. Există o nevoie urgentă de tehnologii de tăiere cu costuri reduse, pierderi reduse și eficiență ridicată.
Î: Care sunt avantajele tăierii cu laser față de tăierea tradițională cu mai multe fire?
A: Tăierea tradițională cu sârmă taieLingou de SiCde-a lungul unei direcții specifice în felii cu grosimea de câteva sute de microni. Feliile sunt apoi șlefuite folosind suspensii de diamant pentru a îndepărta urmele de fierăstrău și deteriorările de la suprafață, urmate de lustruire chimico-mecanică (CMP) pentru a obține o planarizare globală și, în final, curățate pentru a obține napolitane de SiC.
Totuși, din cauza durității și fragilității ridicate a SiC, aceste etape pot provoca cu ușurință deformare, fisuri, creșterea ratelor de rupere, costuri de producție mai mari și pot duce la o rugozitate ridicată a suprafeței și contaminare (praf, ape uzate etc.). În plus, tăierea cu sârmă este lentă și are un randament scăzut. Estimările arată că tăierea tradițională cu mai multe fire realizează o utilizare a materialului de doar aproximativ 50% și până la 75% din material se pierde după lustruire și șlefuire. Datele inițiale privind producția externă au indicat că ar putea fi nevoie de aproximativ 273 de zile de producție continuă de 24 de ore pentru a produce 10.000 de napolitane - o activitate care necesită foarte mult timp.
Pe plan intern, multe companii de creștere a cristalelor de SiC se concentrează pe creșterea capacității cuptorului. Cu toate acestea, în loc să se limiteze la extinderea producției, este mai important să se ia în considerare modul de reducere a pierderilor - mai ales atunci când randamentele de creștere a cristalelor nu sunt încă optime.
Echipamentul de tăiere cu laser poate reduce semnificativ pierderile de material și poate îmbunătăți randamentul. De exemplu, folosind o singură lamă de 20 mmLingou de SiCTăierea cu sârmă poate produce aproximativ 30 de napolitane cu o grosime de 350 μm. Tăierea cu laser poate produce peste 50 de napolitane. Dacă grosimea napolitanei este redusă la 200 μm, din același lingou se pot produce peste 80 de napolitane. În timp ce tăierea cu sârmă este utilizată pe scară largă pentru napolitane de 6 inci și mai mici, tăierea unui lingou de SiC de 8 inci poate dura 10-15 zile cu metodele tradiționale, necesitând echipamente de ultimă generație și implicând costuri ridicate cu o eficiență scăzută. În aceste condiții, avantajele tăierii cu laser devin evidente, făcând-o tehnologia principală a viitorului pentru napolitane de 8 inci.
Cu tăierea cu laser, timpul de feliere per plachetă de 8 inci poate fi sub 20 de minute, cu o pierdere de material per plachetă sub 60 μm.
În concluzie, în comparație cu tăierea cu mai multe fire, felierea cu laser oferă o viteză mai mare, un randament mai bun, o pierdere mai mică de material și o procesare mai curată.
Î: Care sunt principalele provocări tehnice în tăierea cu laser a SiC?
R: Procesul de feliere cu laser implică două etape principale: modificarea cu laser și separarea plachetelor.
Nucleul modificării cu laser este modelarea fasciculului și optimizarea parametrilor. Parametri precum puterea laserului, diametrul spotului și viteza de scanare afectează calitatea ablației materialului și succesul separării ulterioare a plachetelor. Geometria zonei modificate determină rugozitatea suprafeței și dificultatea separării. Rugozitatea ridicată a suprafeței complică șlefuirea ulterioară și crește pierderea de material.
După modificare, separarea plachetelor se realizează de obicei prin forțe de forfecare, cum ar fi fracturarea la rece sau stresul mecanic. Unele sisteme domestice utilizează traductoare cu ultrasunete pentru a induce vibrații pentru separare, dar acest lucru poate provoca ciobiri și defecte la margini, reducând randamentul final.
Deși aceste două etape nu sunt inerent dificile, inconsecvențele în calitatea cristalelor - datorate diferitelor procese de creștere, nivelurilor de dopare și distribuțiilor de stres intern - afectează semnificativ dificultatea tăierii, randamentul și pierderea de material. Simpla identificare a zonelor problematice și ajustarea zonelor de scanare laser pot să nu îmbunătățească substanțial rezultatele.
Cheia adoptării pe scară largă constă în dezvoltarea de metode și echipamente inovatoare care se pot adapta la o gamă largă de calități cristaline de la diverși producători, optimizarea parametrilor de proces și construirea de sisteme de tăiere cu laser cu aplicabilitate universală.
Î: Poate fi aplicată tehnologia de tăiere cu laser și altor materiale semiconductoare în afară de SiC?
R: Tehnologia de tăiere cu laser a fost aplicată din punct de vedere istoric la o gamă largă de materiale. În semiconductori, a fost inițial utilizată pentru tăierea cubulețelor de napolitane și de atunci s-a extins la felierea monocristalelor de dimensiuni mari.
Dincolo de SiC, tăierea cu laser poate fi utilizată și pentru alte materiale dure sau fragile, cum ar fi diamantul, nitrura de galiu (GaN) și oxidul de galiu (Ga₂O₃). Studiile preliminare asupra acestor materiale au demonstrat fezabilitatea și avantajele tăierii cu laser pentru aplicații în semiconductori.
Î: Există în prezent echipamente autohtone de tăiere cu laser mature? În ce stadiu se află cercetarea dumneavoastră?
Echipamentele de tăiere cu laser SiC cu diametru mare sunt considerate pe scară largă echipamente de bază pentru viitorul producției de napolitane SiC de 8 inci. În prezent, doar Japonia poate furniza astfel de sisteme, iar acestea sunt scumpe și supuse restricțiilor la export.
Cererea internă pentru sisteme de feliere/subțiere cu laser este estimată la aproximativ 1.000 de unități, pe baza planurilor de producție SiC și a capacității existente de ferăstraie cu sârmă. Marile companii autohtone au investit masiv în dezvoltare, dar niciun echipament autohton matur, disponibil comercial, nu a ajuns încă la implementare industrială.
Grupurile de cercetare dezvoltă o tehnologie proprie de ridicare cu laser încă din 2001 și au extins-o acum la felierea și subțierea cu laser a SiC de diametru mare. Aceștia au dezvoltat un sistem prototip și procese de feliere capabile de: Tăierea și subțierea napolitanelor de SiC semiizolante de 4-6 inch Felierea lingourilor de SiC conductive de 6-8 inch Teste de performanță: SiC semiizolant de 6-8 inch: timp de feliere 10-15 minute/napolitană; pierdere de material <30 μm SiC conductiv de 6-8 inch: timp de feliere 14-20 minute/napolitană; pierdere de material <60 μm
Randamentul estimat al napolitanelor a crescut cu peste 50%
După feliere, napolitanele îndeplinesc standardele naționale privind geometria după șlefuire și lustruire. Studiile arată, de asemenea, că efectele termice induse de laser nu au un impact semnificativ asupra stresului sau geometriei napolitanelor.
Același echipament a fost utilizat și pentru a verifica fezabilitatea tăierii monocristalelor de diamant, GaN și Ga₂O₃.
Data publicării: 23 mai 2025