當(dāng)今科技迅速發(fā)展，超短脈沖激光技術(shù)作為一項重要的特種加工技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。超短脈沖激光以其極短的脈沖寬度和高能量密度，在微納加工領(lǐng)域備受矚目。在諸多應(yīng)用中，超短脈沖激光輔助碳化硅（SiC）晶圓切片工藝具有重要價值。然而，該技術(shù)的原理和損傷層形成機(jī)理尚未完全明確。因此，本文將介紹超短脈沖激光輔助SiC晶圓切片工藝原理，并深入探討超短脈沖激光在材料內(nèi)部加工的機(jī)理問題。

超短脈沖激光輔助碳化硅晶圓切片工藝原理

超短脈沖激光輔助SiC晶圓切片工藝過程如下圖所示。首先，利用超短脈沖激光在SiC 晶錠預(yù)定厚度處以一定軌跡進(jìn)行加工掃描，在保證材料表面不出現(xiàn)損傷的狀態(tài)下，在其內(nèi)部形成一層均勻且致密的損傷層。損傷層形成的同時，橫向和縱向（即Z方向和XOY平面）會伴隨著微裂紋的產(chǎn)生，這會使其材料力學(xué)性能變?nèi)酢Ｈ缓螅捎貌煌牧呀夥绞剑ɡ淞呀狻崃呀狻⒒瘜W(xué)裂解、機(jī)械裂解等方法）進(jìn)行晶圓剝離。需要特別注意的是，另一種叫做隱形切割的技術(shù)，也是先利用激光進(jìn)行材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)修飾，然后進(jìn)行材料分離。但是，它是利用垂直于激光傳播方向的修飾層對晶圓進(jìn)行切片，從而獲得芯片。

超短脈沖激光輔助SiC晶圓切片工藝 圖源：論文

工藝流程

激光掃描與損傷層形成：

使用超短脈沖激光在碳化硅晶錠的預(yù)定厚度處進(jìn)行掃描，形成均勻的損傷層。激光參數(shù)需精確控制，以確保損傷層的均勻性和一致性。

晶圓剝離：

通過機(jī)械或化學(xué)方法對損傷層進(jìn)行剝離，形成獨(dú)立的碳化硅晶圓。剝離過程中可以采用冷裂解或熱裂解等技術(shù)，以減少對晶圓表面的損傷。

表面處理：

對切割后的晶圓進(jìn)行表面處理，如研磨和拋光，以進(jìn)一步提高表面質(zhì)量和精度。

技術(shù)優(yōu)勢

高精度與高效率：

超短脈沖激光切割可以實現(xiàn)高精度和高效率的加工，減少材料損耗，提高生產(chǎn)效率。

切割后的碳化硅晶圓表面粗糙度低，尺寸精度高，適合高端應(yīng)用需求。

減少熱損傷：

由于激光脈沖時間極短，熱影響區(qū)小，可以有效減少熱損傷和殘余應(yīng)力，避免材料變形和裂紋。

靈活性與可控性：

激光加工具有高度的靈活性和可控性，可以根據(jù)不同的材料和需求調(diào)整激光參數(shù)，實現(xiàn)定制化加工。

最后

隨著碳化硅材料在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，超短脈沖激光切割技術(shù)將成為碳化硅晶圓切片的主流技術(shù)。未來，隨著激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成本的降低，該技術(shù)將在碳化硅及其他先進(jìn)材料的加工中發(fā)揮更加重要的作用。