S: SiC levha dilimleme ve işleme süreçlerinde kullanılan başlıca teknolojiler nelerdir?
A:Silisyum karbür (SiC), sertliği bakımından elmastan sonra ikinci sırada yer alır ve oldukça sert ve kırılgan bir malzeme olarak kabul edilir. Büyütülmüş kristallerin ince levhalar halinde kesilmesini içeren dilimleme işlemi zaman alıcıdır ve kırılmaya eğilimlidir. İlk adım olarakSiCTek kristal işleme sürecinde, dilimleme kalitesi sonraki taşlama, parlatma ve inceltme işlemlerini önemli ölçüde etkiler. Dilimleme işlemi genellikle yüzey ve yüzey altı çatlaklarına neden olarak gofret kırılma oranlarını ve üretim maliyetlerini artırır. Bu nedenle, dilimleme sırasında yüzey çatlak hasarını kontrol etmek, SiC cihaz üretimini geliştirmek için çok önemlidir.
Günümüzde bildirilen SiC dilimleme yöntemleri arasında sabit aşındırıcı, serbest aşındırıcı dilimleme, lazer kesim, katman transferi (soğuk ayırma) ve elektrik deşarjlı dilimleme yer almaktadır. Bunlar arasında, sabit elmas aşındırıcılarla karşılıklı çok telli dilimleme, SiC tek kristallerinin işlenmesinde en yaygın kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte, külçe boyutları 8 inç ve üzerine çıktıkça, geleneksel tel testere ile kesme, yüksek ekipman gereksinimleri, maliyetler ve düşük verimlilik nedeniyle daha az pratik hale gelmektedir. Düşük maliyetli, düşük kayıplı, yüksek verimli dilimleme teknolojilerine acil ihtiyaç vardır.
S: Lazerle kesmenin geleneksel çok telli kesmeye göre avantajları nelerdir?
A: Geleneksel tel testeresi kesim yaparSiC külçesiBelirli bir yönde, birkaç yüz mikron kalınlığında dilimler halinde kesilir. Daha sonra dilimler, testere izlerini ve yüzey altı hasarını gidermek için elmas bulamaçları kullanılarak öğütülür, ardından genel düzleştirme sağlamak için kimyasal mekanik parlatma (CMP) yapılır ve son olarak SiC levhaları elde etmek için temizlenir.
Ancak, SiC'nin yüksek sertliği ve kırılganlığı nedeniyle, bu adımlar kolayca bükülmeye, çatlamaya, artan kırılma oranlarına, daha yüksek üretim maliyetlerine ve yüksek yüzey pürüzlülüğüne ve kirliliğe (toz, atık su vb.) neden olabilir. Ayrıca, tel testereyle kesme yavaş ve düşük verimlidir. Tahminler, geleneksel çok telli dilimlemenin yalnızca yaklaşık %50 malzeme kullanımına ulaştığını ve parlatma ve taşlamadan sonra malzemenin %75'ine kadarının kaybolduğunu göstermektedir. İlk yabancı üretim verileri, 10.000 wafer üretmek için yaklaşık 273 gün kesintisiz 24 saatlik üretim gerekebileceğini göstermiştir; bu da çok zaman alıcıdır.
Yurt içinde birçok SiC kristal büyütme şirketi fırın kapasitesini artırmaya odaklanmış durumda. Ancak, sadece üretimi genişletmek yerine, özellikle kristal büyütme verimleri henüz optimum seviyede değilken, kayıpları nasıl azaltacağımızı düşünmek daha önemlidir.
Lazer dilimleme ekipmanı, malzeme kaybını önemli ölçüde azaltabilir ve verimliliği artırabilir. Örneğin, tek bir 20 mm'lik lazer kesim cihazı kullanılarak...SiC külçesiTel testere ile yaklaşık 350 μm kalınlığında 30 adet wafer üretilebilir. Lazer dilimleme ile ise 50'den fazla wafer üretilebilir. Wafer kalınlığı 200 μm'ye düşürülürse, aynı külçeden 80'den fazla wafer üretilebilir. Tel testere ile kesim 6 inç ve daha küçük wafer'lar için yaygın olarak kullanılırken, 8 inçlik bir SiC külçesinin geleneksel yöntemlerle dilimlenmesi 10-15 gün sürebilir, bu da yüksek teknoloji ürünü ekipman gerektirir ve düşük verimlilikle yüksek maliyetlere yol açar. Bu koşullar altında, lazer dilimlemenin avantajları açıkça ortaya çıkmakta ve 8 inçlik wafer'lar için geleceğin ana akım teknolojisi haline gelmektedir.
Lazer kesim yöntemiyle, 8 inçlik bir plakanın dilimleme süresi 20 dakikanın altında, plaka başına malzeme kaybı ise 60 μm'nin altında kalmaktadır.
Özetle, çok telli kesime kıyasla lazer dilimleme daha yüksek hız, daha iyi verim, daha düşük malzeme kaybı ve daha temiz işlem imkanı sunmaktadır.
S: SiC lazer dilimleme işlemindeki başlıca teknik zorluklar nelerdir?
A: Lazer dilimleme işlemi iki ana adımdan oluşur: lazer modifikasyonu ve gofret ayrımı.
Lazer modifikasyonunun özü, ışın şekillendirme ve parametre optimizasyonudur. Lazer gücü, nokta çapı ve tarama hızı gibi parametreler, malzeme aşındırma kalitesini ve daha sonraki wafer ayırma işleminin başarısını etkiler. Modifiye edilen bölgenin geometrisi, yüzey pürüzlülüğünü ve ayırma zorluğunu belirler. Yüksek yüzey pürüzlülüğü, daha sonraki taşlamayı zorlaştırır ve malzeme kaybını artırır.
Modifikasyondan sonra, gofret ayrımı genellikle soğuk kırılma veya mekanik gerilme gibi kesme kuvvetleri yoluyla gerçekleştirilir. Bazı yerli sistemler, ayrım için titreşim oluşturmak amacıyla ultrasonik dönüştürücüler kullanır, ancak bu, yonga oluşumuna ve kenar kusurlarına neden olarak nihai verimi düşürebilir.
Bu iki adım doğası gereği zor olmasa da, farklı büyüme süreçleri, katkılama seviyeleri ve iç gerilim dağılımları nedeniyle kristal kalitesindeki tutarsızlıklar, dilimleme zorluğunu, verimi ve malzeme kaybını önemli ölçüde etkiler. Sadece sorunlu alanları belirlemek ve lazer tarama bölgelerini ayarlamak sonuçları önemli ölçüde iyileştirmeyebilir.
Yaygın kullanımın anahtarı, çeşitli üreticilerden gelen çok çeşitli kristal kalitelerine uyum sağlayabilen yenilikçi yöntemler ve ekipmanlar geliştirmek, işlem parametrelerini optimize etmek ve evrensel uygulanabilirliğe sahip lazer dilimleme sistemleri oluşturmaktır.
S: Lazer dilimleme teknolojisi SiC dışında diğer yarı iletken malzemelere de uygulanabilir mi?
A: Lazer kesim teknolojisi tarihsel olarak çok çeşitli malzemelere uygulanmıştır. Yarı iletkenlerde, başlangıçta gofret dilimleme için kullanılmış ve o zamandan beri büyük hacimli tek kristallerin dilimlenmesine kadar genişlemiştir.
SiC'nin ötesinde, lazer dilimleme elmas, galyum nitrür (GaN) ve galyum oksit (Ga₂O₃) gibi diğer sert veya kırılgan malzemeler için de kullanılabilir. Bu malzemeler üzerinde yapılan ön çalışmalar, lazer dilimlemenin yarı iletken uygulamaları için uygulanabilirliğini ve avantajlarını göstermiştir.
S: Şu anda piyasada olgunlaşmış yerli lazer dilimleme ekipmanı ürünleri var mı? Araştırmalarınız hangi aşamada?
A: Geniş çaplı SiC lazer dilimleme ekipmanı, 8 inçlik SiC wafer üretiminin geleceği için temel ekipman olarak kabul ediliyor. Şu anda bu tür sistemleri yalnızca Japonya sağlayabiliyor ve bunlar pahalı olup ihracat kısıtlamalarına tabidir.
Silikon karbür üretim planları ve mevcut tel kesme makinesi kapasitesine dayanarak, lazer dilimleme/inceltme sistemlerine yönelik yerli talebin yaklaşık 1.000 adet olduğu tahmin ediliyor. Büyük yerli şirketler geliştirmeye büyük yatırımlar yaptı, ancak henüz olgunlaşmış, ticari olarak temin edilebilen yerli bir ekipman endüstriyel kullanıma ulaşmadı.
Araştırma grupları 2001 yılından beri tescilli lazerle kaldırma teknolojisi geliştiriyor ve bunu şimdi büyük çaplı SiC lazer dilimleme ve inceltme işlemlerine genişlettiler. Aşağıdaki işlemleri gerçekleştirebilen bir prototip sistem ve dilimleme süreçleri geliştirdiler: 4–6 inç yarı yalıtkan SiC levhaların kesilmesi ve inceltilmesi, 6–8 inç iletken SiC külçelerin dilimlenmesi. Performans ölçütleri: 6–8 inç yarı yalıtkan SiC: dilimleme süresi 10–15 dakika/levha; malzeme kaybı <30 μm, 6–8 inç iletken SiC: dilimleme süresi 14–20 dakika/levha; malzeme kaybı <60 μm.
Tahmini yonga levha verimi %50'den fazla arttı.
Dilimleme işleminden sonra, levhalar taşlama ve parlatma sonrasında ulusal geometri standartlarını karşılamaktadır. Çalışmalar ayrıca lazer kaynaklı termal etkilerin levhalardaki gerilimi veya geometriyi önemli ölçüde etkilemediğini göstermektedir.
Aynı ekipman, elmas, GaN ve Ga₂O₃ tek kristallerinin dilimlenmesinin fizibilitesini doğrulamak için de kullanılmıştır.
Yayın tarihi: 23 Mayıs 2025