新型激光材料加工專(zhuān)利大幅提升SiC生產(chǎn)率

　　日本 DISCO 公司的科學(xué)家們使用一種稱(chēng)為關(guān)鍵無(wú)定形黑色重復吸收(key amorphous-black repetitive absorption，KABRA)的專(zhuān)利和正在申請專(zhuān)利的激光材料加工技術(shù)，可以將碳化硅(SiC)晶圓的生產(chǎn)率提升到原來(lái)的四倍，并且在提高產(chǎn)量的同時(shí)減少材料損耗。該技術(shù)適用于單晶和多晶錠，不管晶體層的取向如何。目前，SiC 功率器件在市場(chǎng)中的滲透較慢，主要是因為其產(chǎn)量小、且生產(chǎn)成本高。然而，KABRA 方法能夠顯著(zhù)提高 SiC 器件的產(chǎn)量，并且應該能夠使 SiC 器件作為功率器件、空間反射鏡、超穩定光學(xué)模具和輻射熱測量計等產(chǎn)品而獲得更多的市場(chǎng)驅動(dòng)力量。

　　為了使用厚度為 20mm、直徑為4英寸的晶錠生產(chǎn)厚度為 350μm 的SiC 晶圓，傳統的使用金剛石線(xiàn)鋸的加工工藝，切割每片晶圓需要 1.6~2.4小時(shí)，隨后還要進(jìn)行雙面研磨工藝和最終拋光工藝，從一個(gè)晶錠生產(chǎn) 30片晶圓，總共需要 2.5~3.5 天的時(shí)間。雖然許多拋光工藝正在開(kāi)發(fā)中，但 SiC 仍然是一種非常堅硬的易碎材料，由于在機械切割過(guò)程中形成深的起伏凹槽，所以 SiC 必須非常仔細地進(jìn)行研磨。

　　KABRA晶圓分離

　　從其名字上可以看出，KABRA 工藝本質(zhì)上將激光聚焦在 SiC 晶片的內部，通過(guò)重復通過(guò)或“無(wú)定形黑色重復吸收”，將 SiC 分解成無(wú)定形硅和無(wú)定形碳，并形成作為晶圓分離基點(diǎn)的一層，即黑色無(wú)定形層吸收更多的光，從而能夠很容易地分離晶圓(見(jiàn)圖 1)。

　　與傳統工藝中的 1.6~2.4 小時(shí)相比，KABRA 工藝僅用 25 分鐘來(lái)分離每片晶圓，與使用常規切片工藝、每片晶圓將帶來(lái) 200μm 的材料損耗相比，KABRA 工藝在分離期間并不產(chǎn)生材料損耗。此外，金剛石鋸片分離的晶圓需要 16 小時(shí)的最終研磨時(shí)間，這在 KABRA 工藝中也是不需要的。

　　總之，利用傳統工藝，從一個(gè)晶錠中生產(chǎn)出 30 片晶圓，需要 2.5~3.5天的時(shí)間 ;而使用 KABRA 工藝，從一個(gè)晶錠中生產(chǎn)出 44 片晶圓，僅需要 18 小時(shí)的時(shí)間，這相當于 3~5 倍的生產(chǎn)率提升(或者說(shuō)產(chǎn)能大約為原來(lái)的四倍)。