襯底是半導(dǎo)體芯片的底層材料，主要起到物理支撐、導(dǎo)熱及導(dǎo)電作用。碳化硅具有比傳統(tǒng)的硅材料更高的導(dǎo)電性和更強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、車載元件、充電樁、功率電源等生活和生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。

碳化硅襯底制造需經(jīng)過原料合成、晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶片研磨加工以及清洗、拋光、檢測(cè)等諸多環(huán)節(jié)。切割環(huán)節(jié)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，由于碳化硅的硬度很大，莫氏硬度為9.5級(jí)，且脆性高，使得加工環(huán)節(jié)的切割難度大、破損率高，有數(shù)據(jù)顯示碳化硅加工環(huán)節(jié)的良率約為70%，成本占比約50%。因此，切割良品率的提高，有助于降低碳化硅襯底制造的成本，也符合半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)碳化硅加工降本增效的期望。

目前，碳化硅材料的傳統(tǒng)切割方案中，處于金剛線切割替代砂漿線切割的進(jìn)程中，但依舊存在損耗較大、切割耗材成本高等問題。激光切割作為多線切割的替代方案，在精準(zhǔn)度、切割效率、損耗、產(chǎn)品良率等方面具有優(yōu)勢(shì)，有助于降低碳化硅的成本，從而加速推動(dòng)以碳化硅為襯底材料的成品在半導(dǎo)體市場(chǎng)的滲透。

皮秒脈寬的超快皮秒激光器是碳化硅襯底材料切割的高效工具。基于市場(chǎng)對(duì)碳化硅襯底材料激光切割的需求，納飛光電以自研的皮秒激光器為光源，廣泛開展碳化硅激光切割探索。該皮秒激光器的脈沖寬度在10ps左右，光束質(zhì)量?jī)?yōu)異（M²＜1.3），且脈沖穩(wěn)定性和功率穩(wěn)定性非常高，均小于1%RMS，超高穩(wěn)定性能為切割過程提供持久性可靠輸出，保證工業(yè)級(jí)場(chǎng)景切割應(yīng)用要求，以及切割一致性更高，從而提升良品率。

當(dāng)激光以皮秒量級(jí)的脈沖時(shí)間作用到碳化硅材料上時(shí)，隨著脈沖能量急劇上升，超高峰值功率能輕易地剝離外層電子，使電子脫離原子的束縛，形成等離子體，繼而實(shí)現(xiàn)材料去除，這是一個(gè)冷加工過程。皮秒激光器的冷加工對(duì)碳化硅的硬脆特性更為友好，切割時(shí)不易崩邊，以及裂痕的產(chǎn)生，隨著激光束在材料表面的移動(dòng)，形成寬度很窄的切縫，完成對(duì)材料的切割。

同時(shí)，激光與材料相互作用的時(shí)間很短，僅為10ps左右，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經(jīng)從材料表面被燒蝕掉了，不會(huì)給周圍的材料帶來熱影響，熱影響區(qū)非常的小。而且是非接觸式的切割，無(wú)機(jī)械應(yīng)力，讓碳化硅切割的效率高，切縫小，材料利用率高，兼具性能可靠和成本優(yōu)勢(shì)，可成為碳化硅金剛線切割技術(shù)的理想替代設(shè)備。

大尺寸碳化硅襯底有助于實(shí)現(xiàn)降本增效，已成主流發(fā)展趨勢(shì)。襯底尺寸越大，單位襯底可生產(chǎn)更多的芯片，因而單位芯片成本越低，同時(shí)邊緣浪費(fèi)的減少將進(jìn)一步降低芯片生產(chǎn)成本。據(jù)媒體報(bào)道，目前全球碳化硅襯底主流尺寸為6英寸，正在向8英寸襯底過渡中，國(guó)內(nèi)碳化硅襯底主流尺寸則為4英寸并向6 英寸襯底過渡，預(yù)計(jì)2025~2030年6英寸晶圓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將增長(zhǎng)至60萬(wàn)片。更大尺寸則意味著更高加工難度，新時(shí)期新形勢(shì)下，納飛光電將在當(dāng)前基礎(chǔ)上，面向科技前沿的市場(chǎng)需求，加緊科研攻關(guān)和實(shí)驗(yàn)探索，為半導(dǎo)體行業(yè)突破發(fā)展賦能。

轉(zhuǎn)自：納飛曉峰

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