Anwendung von Pikosekundenlasern zum Schneiden von Siliziumkarbidsubstraten

Ein Substrat ist das zugrunde liegende Material eines Halbleiterchips, das hauptsächlich die Rolle des physikalischen Trägers, der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit übernimmt. Siliziumkarbid hat eine höhere elektrische Leitfähigkeit und eine stärkere thermische Stabilität als herkömmliche Siliziummaterialien und ist eines der idealen Materialien für die Herstellung von Hochtemperatur-, Hochfrequenz-, Hochleistungs- und Hochspannungsgeräten, die in Solarenergie und Fahrzeugkomponenten weit verbreitet sind , Ladesäulen, Stromversorgungen und viele andere Bereiche des Lebens und der Produktion.
Die Herstellung von Siliziumkarbidsubstraten erfordert die Rohstoffsynthese, das Kristallwachstum, das Kristallschneiden, das Mahlen und Verarbeiten von Wafern sowie das Reinigen, Polieren, Testen und viele andere Vorgänge. Das Schneidglied ist eines der Schlüsselglieder. Aufgrund der großen Härte von Siliziumkarbid, der Mohs-Härte von 9,5 und der hohen Sprödigkeit, ist das Schneiden des Verarbeitungsglieds schwierig und die Bruchrate hoch. Einige Daten zeigen, dass die Ausbeute des Verarbeitungsglieds aus Siliziumkarbid gering ist ca. 70 %, die Kosten machten ca. 50 % aus. Daher trägt die Verbesserung der Schnittausbeute dazu bei, die Kosten für die Herstellung von Siliziumkarbid-Substraten zu senken, entspricht aber auch den Erwartungen der Halbleiterindustrie hinsichtlich Kostensenkung und Effizienz der Siliziumkarbid-Verarbeitung.
Das traditionelle Schneidprogramm für Siliziumkarbidmaterialien besteht derzeit aus dem Diamantdrahtschneiden anstelle des Mörteldrahtschneidens, es gibt jedoch immer noch Probleme wie höhere Verluste und höhere Kosten für Schneidverbrauchsmaterialien. Als Alternative zum Mehrdrahtschneiden bietet das Laserschneiden Vorteile in Bezug auf Genauigkeit, Schneideffizienz, Verlust, Produktausbeute usw., was dazu beiträgt, die Kosten für Siliziumkarbid zu senken und so die Durchdringung von Fertigprodukten mit Silizium auf dem Halbleitermarkt zu beschleunigen Hartmetall als Substratmaterial.

Ultraschnelle Pikosekundenlaser mit Pikosekunden-Pulsbreiten sind hocheffiziente Werkzeuge zum Schneiden von Siliziumkarbid-Substratmaterialien. Aufgrund der Marktnachfrage nach Laserschneiden von Siliziumkarbid-Substratmaterialien hat Nuffy Optoelectronics das Laserschneiden von Siliziumkarbid mit seinem selbst entwickelten Pikosekundenlaser als Lichtquelle intensiv erforscht. Die Pulsbreite dieses Pikosekundenlasers beträgt etwa 10 ps, ​​die Strahlqualität ist ausgezeichnet (M²).<1.3), and the pulse stability and power stability are very high, both less than 1% RMS. The ultra-high stability can provide a long-lasting and reliable output for the cutting process, which ensures the requirements of industrial-grade scenario cutting applications, as well as a higher consistency of the cutting to enhance the yield rate.
Wenn der Laser mit einer Pulszeit von Pikosekunden auf das Siliziumkarbidmaterial einwirkt und die Pulsenergie stark ansteigt, kann die ultrahohe Spitzenleistung leicht die äußere Elektronenschicht entfernen, wodurch die Elektronen aus der Bindung von Atomen und Atomen ausbrechen Bildung von Plasma und anschließende Durchführung des Materialabtrags, bei dem es sich um einen Kaltbearbeitungsprozess handelt. Die Kaltbearbeitung mit Pikosekundenlasern schont die harten und spröden Eigenschaften von Siliziumkarbid und ist weniger anfällig für Absplitterungen und Risse beim Schneiden. Während sich der Laserstrahl über die Oberfläche des Materials bewegt, bildet er einen Schlitz mit sehr schmaler Breite und vervollständigt den Schnitt des Materials.
Gleichzeitig ist die Laserinteraktionszeit mit dem Material sehr kurz, nur etwa 10 ps, ​​die Ionen werden von der Oberfläche des Materials abgetragen, bevor die Energie auf das umgebende Material übertragen wird, und es gibt keine thermische Wirkung auf die Umgebung Material und die Wärmeeinflusszone ist sehr klein. Darüber hinaus handelt es sich um ein berührungsloses Schneiden ohne mechanische Beanspruchung, wodurch das Siliziumkarbid-Schneiden hocheffizient ist, mit kleinen Schnittschlitzen und hoher Materialausnutzung, sowohl zuverlässiger Leistung als auch Kostenvorteilen, und es kann eine ideale Ersatzausrüstung für die Siliziumkarbid-Diamantdraht-Schneidtechnologie sein .

Großformatige Siliziumkarbidsubstrate tragen zur Kostenreduzierung und Effizienz bei und sind zu einem Mainstream-Entwicklungstrend geworden. Je größer die Substratgröße, desto mehr Chips können pro Substrateinheit hergestellt werden, desto niedriger sind somit die Kosten pro Chipeinheit, während die Reduzierung des Kantenabfalls die Kosten der Chipproduktion weiter senkt. Medienberichten zufolge befindet sich die derzeitige globale Hauptgröße von Siliziumkarbidsubstraten von 6 Zoll im Übergang zu 8- Zoll-Substrat, die Hauptgröße des inländischen Siliziumkarbidsubstrats beträgt 4 Zoll und der Übergang zu 6- Es wird erwartet, dass bis 2025 ~ 2030 6-Zoll-Wafer auf dem Inlandsmarkt auf 600,{8}} Stück anwachsen. Größere Größe bedeutet höhere Verarbeitungsschwierigkeiten. Unter der neuen Situation in der neuen Periode wird Nuffield Optoelectronics auf der aktuellen Marktnachfrage nach wissenschaftlichen und technologischen Grenzen basieren und die wissenschaftliche Forschung und experimentelle Erforschung für Durchbrüche in der Halbleiterindustrie bei der Entwicklung von Empowerment verstärken.