Application des lasers picoseconde pour la découpe de substrats en carbure de silicium

Un substrat est le matériau sous-jacent d’une puce semi-conductrice, qui joue principalement les rôles de support physique, de conductivité thermique et de conductivité électrique. Le carbure de silicium a une conductivité électrique plus élevée et une stabilité thermique plus forte que les matériaux de silicium traditionnels. C'est l'un des matériaux idéaux pour fabriquer des dispositifs à haute température, haute fréquence, haute puissance et haute tension, largement utilisés dans l'énergie solaire et les composants de véhicules. , piles de chargement, alimentations électriques et autres nombreux domaines de la vie et de la production.
La fabrication de substrats en carbure de silicium doit passer par la synthèse des matières premières, la croissance des cristaux, la découpe des cristaux, le fraisage et le traitement des plaquettes, ainsi que le nettoyage, le polissage, les tests et bien d'autres liens. Le maillon de coupe est l'un des maillons clés, en raison de la grande dureté du carbure de silicium, de la dureté Mohs de 9,5 et de la grande fragilité, ce qui rend la coupe du maillon de traitement difficile, du taux de rupture élevé, certaines données montrent que le rendement du maillon de traitement en carbure de silicium est environ 70 %, le coût représentait environ 50 %. Par conséquent, l'amélioration du taux de rendement de coupe contribue à réduire le coût de fabrication des substrats en carbure de silicium, mais est également conforme aux attentes de l'industrie des semi-conducteurs en matière de réduction des coûts et d'efficacité du traitement du carbure de silicium.
À l'heure actuelle, le programme de coupe traditionnel pour les matériaux en carbure de silicium consiste à couper au fil diamanté au lieu de couper au fil de mortier, mais il existe encore des problèmes tels qu'une perte plus élevée et un coût plus élevé des consommables de coupe. La découpe laser, comme alternative à la découpe multifils, présente des avantages en termes de précision, d'efficacité de découpe, de perte, de rendement du produit, etc., ce qui contribue à réduire le coût du carbure de silicium, accélérant ainsi la pénétration des produits finis sur le marché des semi-conducteurs avec du silicium. carbure comme matériau de substrat.

Les lasers picosecondes ultrarapides avec des largeurs d'impulsion picosecondes sont des outils très efficaces pour couper les matériaux de substrat en carbure de silicium. Sur la base de la demande du marché pour la découpe laser de matériaux de substrat en carbure de silicium, Nuffy Optoelectronics a exploré de manière approfondie la découpe laser du carbure de silicium avec son laser picoseconde auto-développé comme source de lumière. La largeur d'impulsion de ce laser picoseconde est d'environ 10ps, la qualité du faisceau est excellente (M²<1.3), and the pulse stability and power stability are very high, both less than 1% RMS. The ultra-high stability can provide a long-lasting and reliable output for the cutting process, which ensures the requirements of industrial-grade scenario cutting applications, as well as a higher consistency of the cutting to enhance the yield rate.
Lorsque le laser est appliqué sur le matériau en carbure de silicium avec une durée d'impulsion de picosecondes, avec une énergie d'impulsion augmentant fortement, la puissance de crête ultra-élevée peut facilement dépouiller la couche externe d'électrons, ce qui permet aux électrons de se détacher de la liaison des atomes et former du plasma, puis réaliser l'élimination du matériau, qui est un processus de traitement à froid. Le traitement à froid du laser picoseconde est plus respectueux des caractéristiques dures et cassantes du carbure de silicium, et il est moins sujet à l'écaillage, ainsi qu'à la fissuration lors de la coupe. Lorsque le faisceau laser se déplace sur la surface du matériau, il forme une fente de largeur très étroite et achève la découpe du matériau.
Dans le même temps, le temps d'interaction du laser avec le matériau est très court, seulement environ 10 ps, ​​les ions sont enlevés de la surface du matériau avant que l'énergie ne soit transférée au matériau environnant, et il n'y a aucun impact thermique sur l'environnement. Matériau et la zone affectée par la chaleur est très petite. De plus, il s'agit d'une coupe sans contact et sans contrainte mécanique, ce qui rend la coupe au carbure de silicium très efficace, avec de petites fentes de coupe et une utilisation élevée du matériau, à la fois des performances fiables et des avantages en termes de coûts, et peut être un équipement de remplacement idéal pour la technologie de coupe au fil diamanté au carbure de silicium. .

Le substrat en carbure de silicium de grande taille contribue à réduire les coûts et à accroître l'efficacité et est devenu une tendance de développement dominante. Plus la taille du substrat est grande, plus il est possible de produire de puces par unité de substrat, donc plus le coût par unité de puce est faible, tandis que la réduction des déchets de bords réduira davantage le coût de production des puces. Selon les médias, la taille courante mondiale actuelle du substrat en carbure de silicium de 6 pouces est en transition vers un substrat de 8- pouces, la taille courante du substrat national en carbure de silicium est de 4 pouces et la transition vers 6- substrat en pouces, devrait atteindre 2025 ~ 2030 6-plaquettes de pouces sur le marché intérieur, la demande passera à 600,000 pièces. Une plus grande taille signifie une difficulté de traitement plus élevée. Dans la nouvelle situation de la nouvelle période, Nuffield Optoelectronics se basera sur la demande actuelle du marché pour les frontières scientifiques et technologiques, intensifiera la recherche scientifique et l'exploration expérimentale pour les percées de l'industrie des semi-conducteurs dans le développement de l'autonomisation.