新突破！国创中心（苏州）攻克大尺寸碳化硅晶锭激光隐形切割关键技术

近日，由江苏第三代半导体研究院有限公司、国家第三代半导体技术创新中心（苏州）联合承担的江苏省集萃研究员项目“六英寸碳化硅晶锭激光隐形切割技术研发”取得重大技术突破。该技术在切割效率、良率、损伤控制及减薄精度等核心指标上实现全方位提升，可大幅降低大尺寸碳化硅衬底加工成本，为我国宽禁带半导体产业高质量发展注入强劲动力。

作为第三代半导体核心材料，碳化硅凭借优异的综合性能成为产业发展的关键支撑。其室温禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度及导热系数均远超传统硅材料，分别达到硅材料的3倍、10倍、2倍和3倍，广泛适用于大功率器件、射频器件制造，其中半绝缘碳化硅更是AR显示终端的核心材料。然而，碳化硅单晶莫氏硬度高达9.5级，仅次于金刚石，加工难度极大，长期以来制约着产业规模化发展。

目前行业主流的钢丝线多线切割技术存在明显短板：6英寸碳化硅晶锭切割需100-120小时，单片切割耗时约3小时；8英寸晶锭切割需160-200小时，单片耗时达5-5.5小时，且存在材料损耗大、切缝损失明显等问题。据统计，线切割成本占碳化硅衬底总成本的25%-30%，因此优化切割工艺、降低加工成本与耗时，成为宽禁带半导体产业突破发展瓶颈的关键。

针对这一行业痛点，科研团队聚焦激光隐形切割技术研发，系统研究其物理机理、碳硅非晶态改质层形成机制及特征表征，优化激光切割参数与高效率剥离技术，成功攻克大尺寸碳化硅晶锭激光隐形切割、高精密减薄及化学抛光等一系列关键难题。

该技术的核心优势的在于“由内而外”的无损切割，利用激光光学非线性效应，使激光穿透晶体表面并在内部聚焦，通过诱导碳与硅原子热致开裂、化学键断裂等物理化学过程，形成非晶态碳硅改质层，在外力作用下实现晶片无损剥离，有效避免了传统机械切割带来的崩边、微裂纹等缺陷。

在关键性能指标上，该技术实现多重突破：6英寸碳化硅晶锭单片切割时间缩短至9.5分钟以内，较传统线切割效率提升近20倍，切割厚度覆盖120-1030μm，可满足不同规格衬底加工需求，改质层剥离时间平均不足30秒，损伤层小于40μm，切割良率达99%；8英寸晶锭单片切割时间控制在17-23分钟，效率提升近15倍，损伤层小于50μm，良率同样达到99%，且对不同质量的晶锭具有极强普适性，推广后可使大尺寸碳化硅衬底加工成本降低50%以上。

除切割技术外，团队在高精密减薄领域也取得重要进展。8英寸碳化硅晶片经精密减薄后，厚度均匀性（TTV）小于1μm，局部均匀性（LTV）小于0.5μm，表面粗糙度（Ra）小于1.50nm，为后续抛光、外延工艺奠定良好基础，同时可加工光学级碳化硅材料，拓展至AR显示等前沿应用领域。

据悉，该项目拥有完全自主知识产权，目前已申请相关专利20项，其中5项获得授权。后续，科研团队将持续深耕切割材料多样性、适应性及切割品质与效率优化，进一步推动技术成果转化，为我国宽禁带半导体产业降本增效、实现自主可控提供重要技术支撑。

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