P: Cales son as principais tecnoloxías empregadas no corte e procesamento de obleas de SiC?
A:carburo de silicio (SiC) ten unha dureza que só supera a do diamante e considérase un material moi duro e fráxil. O proceso de corte, que implica cortar os cristais cultivados en obleas finas, leva moito tempo e é propenso a lascas. Como primeiro paso enSiCNo procesamento de monocristais, a calidade do corte inflúe significativamente na moenda, o pulido e o adelgazamento posteriores. O corte adoita introducir gretas superficiais e subsuperficiais, o que aumenta as taxas de rotura das obleas e os custos de produción. Polo tanto, controlar os danos causados polas gretas superficiais durante o corte é crucial para avanzar na fabricación de dispositivos de SiC.
Os métodos de corte por lonchado de SiC descritos na actualidade inclúen o corte con abrasivo fixo, o corte con abrasivo libre, o corte por láser, a transferencia de capas (separación en frío) e o corte por descarga eléctrica. Entre estes, o corte alternativo de varios fíos con abrasivos de diamante fixos é o método máis utilizado para procesar monocristais de SiC. Non obstante, a medida que os tamaños dos lingotes alcanzan as 8 polgadas e máis, o serrado tradicional con fío vólvese menos práctico debido ás altas demandas de equipos, custos e baixa eficiencia. Existe unha necesidade urxente de tecnoloxías de corte de baixo custo, baixas perdas e alta eficiencia.
P: Cales son as vantaxes do corte por láser fronte ao corte tradicional con varios fíos?
A: O serrado tradicional con arame corta olingote de SiCao longo dunha dirección específica en rebandas de varios centos de micras de grosor. As rebandas son entón móidas con lodos de diamante para eliminar marcas de serra e danos subsuperficiais, seguido dun pulido químico-mecánico (CMP) para lograr unha planarización global e, finalmente, límpanse para obter obleas de SiC.
Non obstante, debido á alta dureza e fraxilidade do SiC, estes pasos poden causar facilmente deformacións, rachaduras, aumento das taxas de rotura, maiores custos de produción e dar lugar a unha alta rugosidade superficial e contaminación (po, augas residuais, etc.). Ademais, o serrado con fío é lento e ten un baixo rendemento. As estimacións mostran que o corte tradicional con varios fíos só consegue un aproveitamento do material do 50 % e que se perde ata o 75 % do material despois do pulido e a moenda. Os primeiros datos de produción estranxeira indicaban que poderían levar aproximadamente 273 días de produción continua de 24 horas para producir 10 000 obleas, o que require moito tempo.
A nivel nacional, moitas empresas de crecemento de cristais de SiC céntranse en aumentar a capacidade do forno. Non obstante, en lugar de só ampliar a produción, é máis importante considerar como reducir as perdas, especialmente cando os rendementos do crecemento de cristais aínda non son óptimos.
Os equipos de corte por láser poden reducir significativamente a perda de material e mellorar o rendemento. Por exemplo, usando unha soa folla de 20 mmlingote de SiCO serrado con arame pode producir arredor de 30 obleas de 350 μm de grosor. O corte con láser pode producir máis de 50 obleas. Se o grosor da oblea se reduce a 200 μm, pódense producir máis de 80 obleas a partir do mesmo lingote. Aínda que o serrado con arame se usa amplamente para obleas de 6 polgadas ou máis pequenas, o corte dun lingote de SiC de 8 polgadas pode levar de 10 a 15 días cos métodos tradicionais, o que require equipos de alta gama e incorre en custos elevados con baixa eficiencia. Nestas condicións, as vantaxes do corte con láser fanse evidentes, converténdoo na tecnoloxía futura principal para obleas de 8 polgadas.
Co corte por láser, o tempo de corte por oblea de 8 polgadas pode ser inferior a 20 minutos, cunha perda de material por oblea inferior a 60 μm.
En resumo, en comparación co corte con varios fíos, o corte por láser ofrece maior velocidade, mellor rendemento, menor perda de material e un procesamento máis limpo.
P: Cales son os principais desafíos técnicos no corte láser de SiC?
R: O proceso de corte por láser implica dous pasos principais: a modificación por láser e a separación de obleas.
O núcleo da modificación láser é a conformación do feixe e a optimización dos parámetros. Parámetros como a potencia do láser, o diámetro do punto e a velocidade de varrido afectan á calidade da ablación do material e ao éxito da posterior separación das obleas. A xeometría da zona modificada determina a rugosidade da superficie e a dificultade da separación. Unha alta rugosidade da superficie complica a moenda posterior e aumenta a perda de material.
Despois da modificación, a separación das obleas conséguese normalmente mediante forzas de cizallamento, como a fractura en frío ou a tensión mecánica. Algúns sistemas domésticos empregan transdutores ultrasónicos para inducir vibracións para a separación, pero isto pode causar lascas e defectos nos bordos, o que reduce o rendemento final.
Aínda que estes dous pasos non son inherentemente difíciles, as inconsistencias na calidade do cristal (debido aos diferentes procesos de crecemento, niveis de dopaxe e distribucións de tensión interna) afectan significativamente á dificultade do corte, ao rendemento e á perda de material. A simple identificación das áreas problemáticas e o axuste das zonas de dixitalización láser poden non mellorar substancialmente os resultados.
A clave para unha adopción xeneralizada reside no desenvolvemento de métodos e equipos innovadores que se poidan adaptar a unha ampla gama de calidades cristais de varios fabricantes, optimizando os parámetros do proceso e construíndo sistemas de corte por láser con aplicabilidade universal.
P: Pódese aplicar a tecnoloxía de corte láser a outros materiais semicondutores ademais do SiC?
A: A tecnoloxía de corte por láser aplicouse historicamente a unha ampla gama de materiais. Nos semicondutores, utilizouse inicialmente para o corte de obleas e, desde entón, expandiuse ao corte de monocristais a granel.
Ademais do SiC, o corte por láser tamén se pode empregar para outros materiais duros ou fráxiles como o diamante, o nitruro de galio (GaN) e o óxido de galio (Ga₂O₃). Os estudos preliminares sobre estes materiais demostraron a viabilidade e as vantaxes do corte por láser para aplicacións de semicondutores.
P: Existen equipos de corte láser nacionais xa maduros na actualidade? En que fase se atopa a súa investigación?
R: Os equipos de corte láser de SiC de gran diámetro considéranse amplamente equipos básicos para o futuro da produción de obleas de SiC de 8 polgadas. Actualmente, só o Xapón pode subministrar estes sistemas, e son caros e están suxeitos a restricións á exportación.
Estímase que a demanda nacional de sistemas de corte/adelgazamento por láser rolda as 1.000 unidades, segundo os plans de produción de SiC e a capacidade existente de serras de arame. As principais empresas nacionais investiron moito no desenvolvemento, pero ningún equipo nacional maduro e dispoñible comercialmente chegou aínda ao despregamento industrial.
Os grupos de investigación levan desenvolvendo tecnoloxía patentada de despegue láser desde 2001 e agora ampliárona ao corte e adelgazamento láser de SiC de gran diámetro. Desenvolveron un sistema prototipo e procesos de corte capaces de: Cortar e adelgazar obleas de SiC semiillantes de 4 a 6 polgadas Cortar lingotes de SiC condutores de 6 a 8 polgadas Puntos de referencia de rendemento: SiC semiillante de 6 a 8 polgadas: tempo de corte de 10 a 15 minutos/oblea; perda de material <30 μm SiC condutor de 6 a 8 polgadas: tempo de corte de 14 a 20 minutos/oblea; perda de material <60 μm
O rendemento estimado da oblea aumentou en máis dun 50 %
Despois do corte, as obleas cumpren os estándares nacionais de xeometría despois da moenda e o pulido. Os estudos tamén amosan que os efectos térmicos inducidos polo láser non afectan significativamente á tensión nin á xeometría das obleas.
O mesmo equipamento tamén se empregou para verificar a viabilidade de cortar monocristais de diamante, GaN e Ga₂O₃.
Data de publicación: 23 de maio de 2025