中國粉體網訊 在半導體產業中，大尺寸半導體單晶材料的高質量切片是芯片制造的關鍵前置工序。傳統的切片技術如多線切割技術在加工大尺寸半導體單晶，尤其是像碳化硅這類高硬度的脆性材料時，面臨著材料損耗率高、加工周期長、表界面粗糙度高以及污染嚴重等問題。切片性能決定后續薄化、拋光加工水平，且切片加工易在晶片表面和亞表面產生裂紋，導致晶片破片率和制造成本增加，所以控制晶片表層裂紋損傷對推動碳化硅器件制造技術發展意義重大，正因如此，激光切片技術成為研究熱點。
激光切片技術利用激光在材料內部進行非接觸性改性加工，通過精確控制激光在材料內部的作用位置，實現材料的分離。這一技術主要包括兩個步驟：首先，激光束精準聚焦在晶錠的亞表面特定深度，形成一層經過改質的材料區域。這一步驟中，激光誘導的物理和化學變化使改質層內的材料性質發生變化，為后續裂紋的引導擴展打下基礎。接著，通過施加外部應力，如機械力或熱應力，引導裂紋沿著指定平面擴展，實現晶片的無損分離。整個過程中，激光的高能量密度使得材料內部發生物理和化學變化，確保了分離過程的精確性和高效性。
目前南京大學修向前教授團隊已完成大尺寸原型激光切片設備的研發，實現了4-6英寸半絕緣碳化硅晶圓的切割減薄、6英寸導電型碳化硅晶錠的切片，正在進行8英寸晶錠切片驗證。激光切片技術對比傳統多線切割技術主要優點如下：
（1）高效率：激光切片的速度快，能夠在短時間內完成對大尺寸半導體單晶材料的切割，大大提高了生產效率。例如，對于半絕緣/導電型6英寸的碳化硅晶錠，單片的激光切割時間不超過15分鐘，而傳統的多線切割技術則需要數小時，單臺年產晶片>30000片。
（2）高材料利用率：相比傳統的多線切割技術，激光切片技術能夠更精確地控制切割的深度和寬度，減少材料的損耗。例如，在加工碳化硅晶錠時，激光切片技術可以將材料的利用率提高到80%以上，而傳統的多線切割技術的材料利用率僅為50%左右。半絕緣碳化硅晶錠單片損耗≤30um；導電型單片損耗≤60um，產片率提升>50%。
（3）高質量：激光切片技術可以有效控制晶片表層的裂紋損傷，提高切割后的晶片的質量和表面平整度，有利于后續的薄化、拋光等加工工序。
（4）靈活性高：激光切片技術可以實現對各種形狀和尺寸的半導體單晶材料的切割，包括異形片的加工，具有很高的靈活性和適應性。
與碳化硅晶錠不同，金剛石的解理面與晶圓切片方向存在較大的角度差異，這使得剝離面的起伏更難控制。因此，在實際加工過程中，必須精確調節激光的能量和光學調制，確保激光能量分布均勻、作用位置精確，從而有效控制裂紋的擴展方向及剝離面的平整度。整個過程中，超快激光脈沖的高能量密度引入，使得材料內部超短時間和空間尺度內發生劇烈的物理和化學變化，這種高精度的能量控制確保了分離過程的精確性和高效性。
目前在商業應用方面，金剛石激光切片設備尚處于初期研發階段。與碳化硅晶錠加工技術相比，金剛石切片技術的商業化進程相對滯后。由于金剛石的物理性質極為特殊，如何在保證切割質量的前提下實現大規模生產是技術研發面臨的重大挑戰。
2025年11月5日，中國粉體網將在河南•鄭州舉辦“2025半導體行業用金剛石材料技術大會”。屆時，我們邀請到南京大學修向前教授出席本次大會并作題為《大尺寸半導體單晶激光切片技術研究》的報告，報告將介紹南京大學在大尺寸導電型/半絕緣型碳化硅晶錠的激光切片技術研究進展以及金剛石、氧化鎵和氮化鎵單晶的激光隱形切片技術。
專家簡介
修向前，南京大學電子科學與工程學院教授、博士生導師，國家重點研發計劃項目首席科學家，長期從事寬禁帶/超寬禁帶半導體單晶襯底設備研制與材料外延以及半導體單晶激光切片技術等應用研究。
參考來源：
南京大學成果推介：大尺寸碳化硅激光切片設備與技術
HSET大族半導體
（中國粉體網編輯整理/石語）
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