超短脉冲激光辅助碳化硅晶圆切片

 

当今科技迅速发展，超短脉冲激光技术作为一项重要的特种加工技术，引起了广泛关注。超短脉冲激光以其极短的脉冲宽度和高能量密度，在微纳加工领域备受瞩目。在诸多应用中，超短脉冲激光辅助碳化硅（SiC）晶圆切片工艺具有重要价值。然而，该技术的原理和损伤层形成机理尚未完全明确。因此，本文将介绍超短脉冲激光辅助SiC晶圆切片工艺原理，并深入探讨超短脉冲激光在材料内部加工的机理问题。

超短脉冲激光辅助碳化硅晶圆切片工艺原理

超短脉冲激光辅助SiC晶圆切片工艺过程如下图所示。首先，利用超短脉冲激光在SiC 晶锭预定厚度处以一定轨迹进行加工扫描，在保证材料表面不出现损伤的状态下，在其内部形成一层均匀且致密的损伤层。损伤层形成的同时，横向和纵向（即Z方向和XOY平面）会伴随着微裂纹的产生，这会使其材料力学性能变弱。然后，采用不同的裂解方式（冷裂解、热裂解、化学裂解、机械裂解等方法）进行晶圆剥离。需要特别注意的是，另一种叫做隐形切割的技术，也是先利用激光进行材料内部结构修饰，然后进行材料分离。但是，它是利用垂直于激光传播方向的修饰层对晶圆进行切片，从而获得芯片。 

超短脉冲激光辅助SiC晶圆切片工艺  图源：论文

工艺流程

激光扫描与损伤层形成：

使用超短脉冲激光在碳化硅晶锭的预定厚度处进行扫描，形成均匀的损伤层。激光参数需精确控制，以确保损伤层的均匀性和一致性。

晶圆剥离：

通过机械或化学方法对损伤层进行剥离，形成独立的碳化硅晶圆。剥离过程中可以采用冷裂解或热裂解等技术，以减少对晶圆表面的损伤。

表面处理：

对切割后的晶圆进行表面处理，如研磨和抛光，以进一步提高表面质量和精度。

技术优势

高精度与高效率：

超短脉冲激光切割可以实现高精度和高效率的加工，减少材料损耗，提高生产效率。

切割后的碳化硅晶圆表面粗糙度低，尺寸精度高，适合高端应用需求。

减少热损伤：

由于激光脉冲时间极短，热影响区小，可以有效减少热损伤和残余应力，避免材料变形和裂纹。

灵活性与可控性：

激光加工具有高度的灵活性和可控性，可以根据不同的材料和需求调整激光参数，实现定制化加工。

最后

随着碳化硅材料在半导体行业的应用日益广泛，超短脉冲激光切割技术将成为碳化硅晶圆切片的主流技术。未来，随着激光技术的进一步发展和成本的降低，该技术将在碳化硅及其他先进材料的加工中发挥更加重要的作用。