P: ¿Cuáles son las principales tecnologías utilizadas en el corte y procesamiento de obleas de SiC?
A:carburo de silicio El SiC tiene una dureza solo superada por el diamante y se considera un material muy duro y frágil. El proceso de corte, que consiste en cortar los cristales cultivados en obleas delgadas, es lento y propenso a astillarse. Como primer paso enSicEn el procesamiento de monocristales, la calidad del corte influye significativamente en el rectificado, pulido y adelgazamiento posteriores. El corte a menudo introduce grietas superficiales y subsuperficiales, lo que aumenta la tasa de rotura de obleas y los costos de producción. Por lo tanto, controlar el daño por grietas superficiales durante el corte es crucial para el avance en la fabricación de dispositivos de SiC.
Los métodos de corte de SiC reportados actualmente incluyen corte con abrasivo fijo, corte con abrasivo libre, corte láser, transferencia de capas (separación en frío) y corte por descarga eléctrica. Entre estos, el corte alternativo multihilo con abrasivos de diamante fijos es el método más utilizado para procesar monocristales de SiC. Sin embargo, a medida que los lingotes alcanzan tamaños de 8 pulgadas o más, el corte tradicional con hilo se vuelve menos práctico debido a las altas demandas de equipo, los costos y la baja eficiencia. Existe una necesidad urgente de tecnologías de corte de bajo costo, bajas pérdidas y alta eficiencia.
P: ¿Cuáles son las ventajas del corte láser frente al corte tradicional con múltiples hilos?
A:El corte con alambre tradicional corta ellingote de SiCEn una dirección específica, se cortan en rebanadas de varios cientos de micras de grosor. Estas rebanadas se muelen con lodos de diamante para eliminar las marcas de sierra y los daños subsuperficiales, se someten a un pulido químico-mecánico (CMP) para lograr una planarización global y, finalmente, se limpian para obtener obleas de SiC.
Sin embargo, debido a la alta dureza y fragilidad del SiC, estos pasos pueden causar fácilmente deformaciones, grietas, mayor tasa de rotura, mayores costos de producción y una alta rugosidad superficial y contaminación (polvo, aguas residuales, etc.). Además, el corte con hilo es lento y tiene un bajo rendimiento. Se estima que el corte tradicional con múltiples hilos solo logra un aprovechamiento del material de alrededor del 50%, y hasta el 75% del material se pierde después del pulido y el rectificado. Los primeros datos de producción en el extranjero indicaban que producir 10 000 obleas podría requerir aproximadamente 273 días de producción continua de 24 horas, lo que requiere mucho tiempo.
A nivel nacional, muchas empresas de crecimiento de cristales de SiC se centran en aumentar la capacidad de sus hornos. Sin embargo, en lugar de simplemente ampliar la producción, es más importante considerar cómo reducir las pérdidas, especialmente cuando el rendimiento del crecimiento de cristales aún no es óptimo.
Los equipos de corte láser pueden reducir significativamente la pérdida de material y mejorar el rendimiento. Por ejemplo, utilizando un solo corte de 20 mmlingote de SiCEl corte con hilo permite producir unas 30 obleas de 350 μm de espesor. El corte láser puede producir 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 con hilo se usa 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, altos costos y baja eficiencia. En estas condiciones, las ventajas del corte láser se hacen evidentes, convirtiéndolo en la tecnología dominante del futuro para 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 multialambre, el corte láser ofrece mayor velocidad, mejor rendimiento, menor pérdida de material y un procesamiento más limpio.
P: ¿Cuáles son los principales desafíos técnicos en el corte por láser de SiC?
R:El proceso de corte por láser implica dos pasos principales: modificación del láser y separación de obleas.
La base de la modificación láser es la conformación del haz y la optimización de parámetros. Parámetros como la potencia del láser, el diámetro del punto y la velocidad de escaneo afectan la calidad de la ablación del material y el éxito de la posterior separación de las obleas. La geometría de la zona modificada determina la rugosidad superficial y la dificultad de la separación. Una rugosidad superficial elevada dificulta el rectificado posterior y aumenta la pérdida de material.
Tras la modificación, la separación de las obleas se logra generalmente mediante fuerzas de cizallamiento, como la fractura en frío o la tensión mecánica. Algunos sistemas domésticos utilizan transductores ultrasónicos para inducir vibraciones durante la separación, pero esto puede causar astillado 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 —debidas a diferentes procesos de crecimiento, niveles de dopaje y distribuciones de tensiones internas— afectan significativamente la dificultad de corte, el rendimiento y la pérdida de material. La simple identificación de las áreas problemáticas y el ajuste de las zonas de escaneo láser podrían no mejorar sustancialmente los resultados.
La clave para una adopción generalizada radica en desarrollar métodos y equipos innovadores que puedan adaptarse a una amplia gama de calidades de cristales de varios fabricantes, optimizar los parámetros del proceso y construir sistemas de corte láser con aplicabilidad universal.
P: ¿Se puede aplicar la tecnología de corte 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, se utilizó inicialmente para el corte de obleas y, desde entonces, se ha expandido al corte de monocristales de gran tamaño.
Además del SiC, el corte láser también puede utilizarse para otros materiales duros o frágiles, 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 láser para aplicaciones de semiconductores.
P: ¿Existen actualmente equipos de corte láser nacionales de alta calidad? ¿En qué etapa se encuentra su investigación?
A: Los equipos de corte láser de SiC de gran diámetro se consideran ampliamente esenciales para el futuro de la producción de obleas de SiC de 8 pulgadas. Actualmente, solo Japón puede proporcionar estos sistemas, que son costosos y están sujetos a restricciones de exportación.
Se estima que la demanda nacional de sistemas de corte/raleo láser ronda las 1000 unidades, según los planes de producción de SiC y la capacidad existente de corte de hilo. Las principales empresas nacionales han invertido considerablemente en su desarrollo, pero ningún equipo nacional maduro y comercialmente disponible ha alcanzado aún su implantación industrial.
Grupos de investigación han desarrollado tecnología patentada de despegue láser desde 2001 y ahora la han 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 semiaislantes de 4-6 pulgadas; cortar lingotes de SiC conductor de 6-8 pulgadas; parámetros de rendimiento: SiC semiaislante de 6-8 pulgadas: tiempo de corte de 10-15 minutos/oblea; pérdida de material <30 μm; SiC conductor de 6-8 pulgadas: tiempo de corte de 14-20 minutos/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 tras el rectificado y pulido. Los estudios también demuestran que los efectos térmicos inducidos por el 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.
Hora de publicación: 23 de mayo de 2025