碳化硅材料正逐渐被广泛用作功率分立器件（如MOSFET和肖特基二极管等）的首选衬底材料。碳化硅衬底具有更高的击穿电压、更低的导通电阻、更快的开关速度和更高的耐热性等优势。同时，拥有卓越性能的碳化硅衬底因其硬度高、脆性大等材料特性也给晶圆切割工艺带来了挑战。传统的机械切割技术存在效率低、损伤严重等问题，难以满足实际需求，相比之下，激光改质切割技术采用了激光束内部改质的方式进行切割，具有高效率、高精度、无损伤等优点，因而逐渐成为了切割碳化硅这类硬度高、脆性大材料的首选技术。本文旨在深入探讨激光改质切割碳化硅晶圆的原理、优势、难点等方面，为相关从业者提供一些实用的参考和启示。

碳化硅改质切割原理

改质切割是一种将半导体晶圆分离成单个芯片或晶元的激光技术。该过程是使用精密激光束在晶圆内部形成改质层，使晶圆可以通过轻微外力沿激光扫描路径精确分离。碳化硅改质切割一般为激光扫描以及以三点折弯为主要原理的机械劈裂两个步骤。激光扫描就是形成改质层的过程，在这个过程里激光在指定位置精确地诱导材料内部的微裂纹，均匀分布的微裂纹在材料中存在时，会使应力场（热应力、机械应力等）在微裂纹周围产生集中效应，当机械劈裂施加折弯应力时，应力会因为改质层的存在而诱导到指定位置产生裂纹的扩展，从而完成晶粒的精确分离。

4H-SiC改质切割的加工难点

目前碳化硅器件制造工艺中一般会使用晶圆面法向量相对晶体<0001>方向呈4度偏轴的衬底，使其在MOCVD过程中能够通过台阶流（step flow）获得低缺陷高品质的同质外延。但对于晶圆切割来说，偏轴使得在其中一个方向上的解理面与分离面有了4度的夹角，这个角度不仅容易导致改质切割在裂纹扩展过程中的“斜裂”，也一定程度提高了机械劈裂时材料发生断裂的临界折弯应力，从而增加崩边风险。大族半导体改质切割研发实验室通过激光参数和光学整形对激光诱导缺陷的几何形状进行了大量测试，优化出了断裂力学上最优的改质切割和劈裂方案，并在此方案基础上自主研发出SiC晶圆激光改质切割设备及裂片设备，可实现宏观上无斜裂的同时将劈裂崩边率降到了最低。

背面金属化为改质切割带来的困难

由于MOSFET和SBD等的器件原理，碳化硅衬底背面常需要进行不同程度的金属化以达到背面欧姆接触导电的目的。对于改质切割来说，裂纹扩展的原理并不能保证背面金属在衬底断开的同时沿着衬底边缘一并裂开。一般来说，改质切割工序中能够呈现出的背金面切割质量很大程度由背金的厚度、延展性以及与衬底的附着强度等因素决定，而这些因素又和器件减薄工艺、蒸发镀膜、背金退火等前道工序的设计有着密切的关系。这使得传统改质切割在切割带背金碳化硅晶圆时，仅仅通过切割段的工艺调节并没有办法完全排除背金粘连、撕扯等良率风险。为了解决行业痛点，优化碳化硅产品的切割工艺窗口，提高产品良率，大族半导体在行业内率先研发出了针对背金问题的全自动SiC晶圆激光切割整套解决方案。大族半导体激光切割方案在改质切割前加入一道激光划线工序，即用大族半导体激光划线机完全去除改质切割断裂轨迹上的背面金属，从根本上杜绝有可能的背金粘连和撕扯问题。

大族半导体SiC晶圆激光切割整套解决方案

SiC晶圆背金激光划线机   SiC晶圆激光改质切割设备   SiC晶圆裂片设备

工艺流程：

应用范围：

针对SiC功率器件SiC衬底晶圆激光背金划线、激光改质切割、机械裂片整套解决方案

方案特点：

• 良率优秀，方案适应性强；

• 正背面切割品质优秀，适应各种背金厚度和材质；

• 方案稳定成熟，鲁棒性高，已大规模量产；

• 正背面崩边控制优秀；

• 无背金拉扯，粘连；

•全自动生产；

•工艺效果稳定

• 兼容4/6inch生产；

• AF焦点自动跟随系统；

• SECS GEM标准接口。

加工效果：

切割劈裂扩膜后正面效果图  切割劈裂扩膜后背面效果图

大族半导体一直致力开发全球市场上最优秀的碳化硅切割解决方案，我们在工艺设计上大胆尝试，在技术细节上精心考究，秉持对高品质、高效率和可持续性发展的追求，使大族半导体的碳化硅激光切割整体解决方案成为行业领先。我们有信心大族半导体全自动SiC晶圆激光切割整套解决方案能够助力客户有效地提高碳化硅衬底产品的生产效率和生产品质，同时实现更加可持续的生产方式。我们期待未来持续为客户提供更多高品质的产品和服务，与客户一起推动半导体产业的持续发展。