中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，大尺寸半導(dǎo)體單晶材料的高質(zhì)量切片是芯片制造的關(guān)鍵前置工序。傳統(tǒng)的切片技術(shù)如多線切割技術(shù)在加工大尺寸半導(dǎo)體單晶，尤其是像碳化硅這類高硬度的脆性材料時(shí)，面臨著材料損耗率高、加工周期長(zhǎng)、表界面粗糙度高以及污染嚴(yán)重等問(wèn)題。切片性能決定后續(xù)薄化、拋光加工水平，且切片加工易在晶片表面和亞表面產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致晶片破片率和制造成本增加，所以控制晶片表層裂紋損傷對(duì)推動(dòng)碳化硅器件制造技術(shù)發(fā)展意義重大，正因如此，激光切片技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。

激光切片技術(shù)利用激光在材料內(nèi)部進(jìn)行非接觸性改性加工，通過(guò)精確控制激光在材料內(nèi)部的作用位置，實(shí)現(xiàn)材料的分離。這一技術(shù)主要包括兩個(gè)步驟：首先，激光束精準(zhǔn)聚焦在晶錠的亞表面特定深度，形成一層經(jīng)過(guò)改質(zhì)的材料區(qū)域。這一步驟中，激光誘導(dǎo)的物理和化學(xué)變化使改質(zhì)層內(nèi)的材料性質(zhì)發(fā)生變化，為后續(xù)裂紋的引導(dǎo)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。接著，通過(guò)施加外部應(yīng)力，如機(jī)械力或熱應(yīng)力，引導(dǎo)裂紋沿著指定平面擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)晶片的無(wú)損分離。整個(gè)過(guò)程中，激光的高能量密度使得材料內(nèi)部發(fā)生物理和化學(xué)變化，確保了分離過(guò)程的精確性和高效性。

目前南京大學(xué)修向前教授團(tuán)隊(duì)已完成大尺寸原型激光切片設(shè)備的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了4-6英寸半絕緣碳化硅晶圓的切割減薄、6英寸導(dǎo)電型碳化硅晶錠的切片，正在進(jìn)行8英寸晶錠切片驗(yàn)證。激光切片技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)多線切割技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）高效率：激光切片的速度快，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)大尺寸半導(dǎo)體單晶材料的切割，大大提高了生產(chǎn)效率。例如，對(duì)于半絕緣/導(dǎo)電型6英寸的碳化硅晶錠，單片的激光切割時(shí)間不超過(guò)15分鐘，而傳統(tǒng)的多線切割技術(shù)則需要數(shù)小時(shí)，單臺(tái)年產(chǎn)晶片>30000片。

（2）高材料利用率：相比傳統(tǒng)的多線切割技術(shù)，激光切片技術(shù)能夠更精確地控制切割的深度和寬度，減少材料的損耗。例如，在加工碳化硅晶錠時(shí)，激光切片技術(shù)可以將材料的利用率提高到80%以上，而傳統(tǒng)的多線切割技術(shù)的材料利用率僅為50%左右。半絕緣碳化硅晶錠單片損耗≤30um；導(dǎo)電型單片損耗≤60um，產(chǎn)片率提升>50%。

（3）高質(zhì)量：激光切片技術(shù)可以有效控制晶片表層的裂紋損傷，提高切割后的晶片的質(zhì)量和表面平整度，有利于后續(xù)的薄化、拋光等加工工序。

（4）靈活性高：激光切片技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種形狀和尺寸的半導(dǎo)體單晶材料的切割，包括異形片的加工，具有很高的靈活性和適應(yīng)性。

與碳化硅晶錠不同，金剛石的解理面與晶圓切片方向存在較大的角度差異，這使得剝離面的起伏更難控制。因此，在實(shí)際加工過(guò)程中，必須精確調(diào)節(jié)激光的能量和光學(xué)調(diào)制，確保激光能量分布均勻、作用位置精確，從而有效控制裂紋的擴(kuò)展方向及剝離面的平整度。整個(gè)過(guò)程中，超快激光脈沖的高能量密度引入，使得材料內(nèi)部超短時(shí)間和空間尺度內(nèi)發(fā)生劇烈的物理和化學(xué)變化，這種高精度的能量控制確保了分離過(guò)程的精確性和高效性。

目前在商業(yè)應(yīng)用方面，金剛石激光切片設(shè)備尚處于初期研發(fā)階段。與碳化硅晶錠加工技術(shù)相比，金剛石切片技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程相對(duì)滯后。由于金剛石的物理性質(zhì)極為特殊，如何在保證切割質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)是技術(shù)研發(fā)面臨的重大挑戰(zhàn)。

2025年11月5日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在河南•鄭州舉辦“2025半導(dǎo)體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會(huì)”。屆時(shí)，我們邀請(qǐng)到南京大學(xué)修向前教授出席本次大會(huì)并作題為《大尺寸半導(dǎo)體單晶激光切片技術(shù)研究》的報(bào)告，報(bào)告將介紹南京大學(xué)在大尺寸導(dǎo)電型/半絕緣型碳化硅晶錠的激光切片技術(shù)研究進(jìn)展以及金剛石、氧化鎵和氮化鎵單晶的激光隱形切片技術(shù)。

專家簡(jiǎn)介

修向前，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家，長(zhǎng)期從事寬禁帶/超寬禁帶半導(dǎo)體單晶襯底設(shè)備研制與材料外延以及半導(dǎo)體單晶激光切片技術(shù)等應(yīng)用研究。

參考來(lái)源：

南京大學(xué)成果推介：大尺寸碳化硅激光切片設(shè)備與技術(shù)

HSET大族半導(dǎo)體

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/石語(yǔ)）

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