P: ¿Cuáles son las principales tecnologías utilizadas en el corte y procesamiento de obleas de SiC?
A:carburo de silicio El carburo de silicio (SiC) posee una dureza solo superada por el diamante y se considera un material extremadamente duro y quebradizo. El proceso de corte, que consiste en dividir los cristales cultivados en láminas delgadas, es laborioso y propenso a astillarse. Como primer paso enSicEn el procesamiento de monocristales, la calidad del corte influye significativamente en el posterior rectificado, pulido y adelgazamiento. El corte suele generar grietas superficiales y subsuperficiales, lo que aumenta la tasa de rotura de las obleas y los costes de producción. Por lo tanto, controlar los daños por grietas superficiales durante el corte es fundamental para el avance de la fabricación de dispositivos de SiC.
Actualmente, los métodos de corte de SiC incluyen el corte con abrasivo fijo, el corte con abrasivo libre, el corte por láser, la transferencia de capas (separación en frío) y el corte por descarga eléctrica. Entre ellos, el corte con múltiples hilos reciprocantes y abrasivos de diamante fijos es el método más utilizado para procesar monocristales de SiC. Sin embargo, cuando el tamaño de los lingotes alcanza las 8 pulgadas o más, el corte tradicional con hilo pierde practicidad debido a las elevadas exigencias de equipamiento, los altos costes y la baja eficiencia. Existe una necesidad urgente de tecnologías de corte de bajo coste, bajas pérdidas y alta eficiencia.
P: ¿Cuáles son las ventajas del corte por láser frente al corte tradicional con múltiples hilos?
A: El corte tradicional con sierra de alambre corta elLingote de SiCEn una dirección específica, se cortan láminas de varios cientos de micras de espesor. Estas láminas se pulen con suspensiones de diamante para eliminar las marcas de sierra y los daños subsuperficiales, seguido de un pulido químico-mecánico (CMP) para lograr una planarización global y, finalmente, se limpian para obtener obleas de SiC.
Sin embargo, debido a la elevada dureza y fragilidad del SiC, estos pasos pueden provocar fácilmente deformaciones, grietas, un aumento en la tasa de rotura, mayores costes de producción y una elevada rugosidad superficial, además de contaminación (polvo, aguas residuales, etc.). Asimismo, el corte por hilo es lento y tiene un bajo rendimiento. Se estima que el corte tradicional con múltiples hilos solo alcanza un aprovechamiento del material de aproximadamente el 50%, y que se pierde hasta un 75% tras el pulido y el rectificado. Los primeros datos de producción en el extranjero indicaban que se necesitarían aproximadamente 273 días de producción continua las 24 horas para producir 10 000 obleas, lo que supone un proceso muy laborioso.
En el mercado nacional, muchas empresas dedicadas al crecimiento de cristales de SiC se centran en aumentar la capacidad de sus hornos. Sin embargo, en lugar de simplemente expandir la producción, es más importante considerar cómo reducir las pérdidas, especialmente cuando el rendimiento del crecimiento de los cristales aún no es óptimo.
Los equipos de corte por láser pueden reducir significativamente la pérdida de material y mejorar el rendimiento. Por ejemplo, utilizando un solo láser de 20 mmLingote de SiCEl corte por hilo permite obtener alrededor de 30 obleas de 350 μm de espesor. El corte por láser permite obtener más de 50 obleas. Si el espesor de la oblea se reduce a 200 μm, se pueden producir más de 80 obleas a partir del mismo lingote. Si bien el corte por hilo se utiliza ampliamente para obleas de 6 pulgadas o menos, cortar un lingote de SiC de 8 pulgadas puede tardar entre 10 y 15 días con los métodos tradicionales, lo que requiere equipos de alta gama y conlleva altos costos con baja eficiencia. En estas condiciones, las ventajas del corte por láser son evidentes, convirtiéndolo en la tecnología predominante del futuro para las obleas de 8 pulgadas.
Con el corte por láser, el tiempo de corte por oblea de 8 pulgadas puede ser inferior a 20 minutos, con una pérdida de material por oblea inferior a 60 μm.
En resumen, en comparación con el corte con múltiples hilos, el corte por láser ofrece mayor velocidad, mejor rendimiento, menor pérdida de material y un procesamiento más limpio.
P: ¿Cuáles son los principales retos técnicos en el corte láser de SiC?
A: El proceso de corte por láser consta de dos pasos principales: modificación por láser y separación de obleas.
La modificación láser se basa fundamentalmente en el modelado del haz y la optimización de parámetros. Parámetros como la potencia del láser, el diámetro del punto y la velocidad de escaneo influyen en la calidad de la ablación del material y en el éxito de la posterior separación de la oblea. La geometría de la zona modificada determina la rugosidad superficial y la dificultad de la separación. Una alta rugosidad superficial dificulta el pulido posterior y aumenta la pérdida de material.
Tras la modificación, la separación de las obleas se suele lograr mediante fuerzas de cizallamiento, como la fractura en frío o la tensión mecánica. Algunos sistemas domésticos utilizan transductores ultrasónicos para inducir vibraciones que faciliten la separación, pero esto puede provocar astillamiento y defectos en los bordes, lo que reduce el rendimiento final.
Si bien estos dos pasos no son intrínsecamente difíciles, las inconsistencias en la calidad del cristal —debido a diferentes procesos de crecimiento, niveles de dopaje y distribuciones de tensión interna— afectan significativamente la dificultad de corte, el rendimiento y la pérdida de material. La mera identificación de las áreas problemáticas y el ajuste de las zonas de escaneo láser podrían no mejorar sustancialmente los resultados.
La clave para su adopción generalizada reside en el desarrollo de métodos y equipos innovadores que puedan adaptarse a una amplia gama de calidades de cristal de diversos fabricantes, la optimización de los parámetros del proceso y la construcción de sistemas de corte láser con aplicabilidad universal.
P: ¿Se puede aplicar la tecnología de corte por láser a otros materiales semiconductores además del SiC?
R: La tecnología de corte por láser se ha aplicado históricamente a una amplia gama de materiales. En semiconductores, inicialmente se utilizó para el corte de obleas y desde entonces se ha extendido al corte de grandes monocristales.
Además del SiC, el corte por láser también se puede utilizar para otros materiales duros o quebradizos como el diamante, el nitruro de galio (GaN) y el óxido de galio (Ga₂O₃). Estudios preliminares sobre estos materiales han demostrado la viabilidad y las ventajas del corte por láser para aplicaciones en semiconductores.
P: ¿Existen actualmente productos de corte láser nacionales consolidados? ¿En qué fase se encuentra su investigación?
A: Los equipos de corte láser de SiC de gran diámetro se consideran fundamentales para el futuro de la producción de obleas de SiC de 8 pulgadas. Actualmente, solo Japón puede suministrar estos sistemas, que son costosos y están sujetos a restricciones de exportación.
Se estima que la demanda nacional de sistemas de corte/adelgazamiento por láser ronda las 1000 unidades, según los planes de producción de SiC y la capacidad de producción de sierras de hilo existente. Las principales empresas nacionales han invertido considerablemente en su desarrollo, pero aún no se ha implementado a nivel industrial ningún equipo nacional maduro y disponible comercialmente.
Desde 2001, diversos grupos de investigación han estado desarrollando tecnología propia de desprendimiento láser, la cual ahora se ha extendido al corte y adelgazamiento láser de SiC de gran diámetro. Han desarrollado un sistema prototipo y procesos de corte capaces de: cortar y adelgazar obleas de SiC semi-aislantes de 4 a 6 pulgadas; cortar lingotes de SiC conductores de 6 a 8 pulgadas. Rendimiento: SiC semi-aislante de 6 a 8 pulgadas: tiempo de corte de 10 a 15 minutos por oblea; pérdida de material <30 μm; SiC conductor de 6 a 8 pulgadas: tiempo de corte de 14 a 20 minutos por oblea; pérdida de material <60 μm.
El rendimiento estimado de las obleas aumentó en más del 50%.
Tras el corte, las obleas cumplen con los estándares nacionales de geometría después del rectificado y pulido. Los estudios también demuestran que los efectos térmicos inducidos por láser no afectan significativamente la tensión ni la geometría de las obleas.
El mismo equipo también se ha utilizado para verificar la viabilidad de cortar monocristales de diamante, GaN y Ga₂O₃.
Fecha de publicación: 23 de mayo de 2025