中國粉體網(wǎng)訊 在半導體產(chǎn)業(yè)中，大尺寸半導體單晶材料的高質(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)在加工大尺寸半導體單晶，尤其是像碳化硅這類高硬度的脆性材料時，面臨著材料損耗率高、加工周期長、表界面粗糙度高以及污染嚴重等問題。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推動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。
激光切片技術(shù)利用激光在材料內(nèi)部進行非接觸性改性加工，通過精確控制激光在材料內(nèi)部的作用位置，實現(xiàn)材料的分離。這一技術(shù)主要包括兩個步驟：首先，激光束精準聚焦在晶錠的亞表面特定深度，形成一層經(jīng)過改質(zhì)的材料區(qū)域。這一步驟中，激光誘導的物理和化學變化使改質(zhì)層內(nèi)的材料性質(zhì)發(fā)生變化，為后續(xù)裂紋的引導擴展打下基礎(chǔ)。接著，通過施加外部應力，如機械力或熱應力，引導裂紋沿著指定平面擴展，實現(xiàn)晶片的無損分離。整個過程中，激光的高能量密度使得材料內(nèi)部發(fā)生物理和化學變化，確保了分離過程的精確性和高效性。
目前南京大學修向前教授團隊已完成大尺寸原型激光切片設備的研發(fā)，實現(xiàn)了4-6英寸半絕緣碳化硅晶圓的切割減薄、6英寸導電型碳化硅晶錠的切片，正在進行8英寸晶錠切片驗證。激光切片技術(shù)對比傳統(tǒng)多線切割技術(shù)主要優(yōu)點如下：
（1）高效率：激光切片的速度快，能夠在短時間內(nèi)完成對大尺寸半導體單晶材料的切割，大大提高了生產(chǎn)效率。例如，對于半絕緣/導電型6英寸的碳化硅晶錠，單片的激光切割時間不超過15分鐘，而傳統(tǒng)的多線切割技術(shù)則需要數(shù)小時，單臺年產(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，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)可以實現(xiàn)對各種形狀和尺寸的半導體單晶材料的切割，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，在實際加工過程中，必須精確調(diào)節(jié)激光的能量和光學調(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展方向及剝離面的平整度。整個過程中，超快激光脈沖的高能量密度引入，使得材料內(nèi)部超短時間和空間尺度內(nèi)發(fā)生劇烈的物理和化學變化，這種高精度的能量控制確保了分離過程的精確性和高效性。
目前在商業(yè)應用方面，金剛石激光切片設備尚處于初期研發(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)化進程相對滯后。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，中國粉體網(wǎng)將在河南•鄭州舉辦“2025半導體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會”。屆時，我們邀請到南京大學修向前教授出席本次大會并作題為《大尺寸半導體單晶激光切片技術(shù)研究》的報告，報告將介紹南京大學在大尺寸導電型/半絕緣型碳化硅晶錠的激光切片技術(shù)研究進展以及金剛石、氧化鎵和氮化鎵單晶的激光隱形切片技術(shù)。
專家簡介
修向前，南京大學電子科學與工程學院教授、博士生導師，國家重點研發(fā)計劃項目首席科學家，長期從事寬禁帶/超寬禁帶半導體單晶襯底設備研制與材料外延以及半導體單晶激光切片技術(shù)等應用研究。
參考來源：
南京大學成果推介：大尺寸碳化硅激光切片設備與技術(shù)
HSET大族半導體
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/石語）
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