打造“國之重器” 二所SiC激光剝離設備研制取得突破性進展

   SiC半導體材料具有寬禁帶、高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率、化學性能穩定等優點，對電動汽車、高壓輸變電、軌道交通、通訊基站、衛星通訊、國防軍工等領域的發展有重要意義。然而，SiC材料硬度與金剛石相近，現有的襯底加工工藝切割速度慢、晶體與切割線損耗大，每完成一片350μm厚的標準晶圓加工，就會因線鋸切割造成厚度約300μm的材料損失，大幅增加了襯底的成本，導致單晶襯底材料價格高昂，約占SiC器件成本50%，限制了SiC半導體器件的廣泛應用。
  激光垂直改質剝離設備被譽為“第三代半導體中的光刻機”，其革命性地利用光學非線性效應，使激光穿透晶體，在晶體內部發生熱致開裂、化學鍵斷裂與分解、激光誘導電離等一系列物理化學過程，形成垂直于激光入射方向的改質層，最終實現晶片的剝離。激光剝離幾乎可完全避免常規的多線切割技術導致的切割損耗，僅需將剝離的晶片進行研磨拋光，因此可將每片SiC襯底的平均加工損耗大幅降低至100μm以下，從而在等量原料的情況下提升SiC襯底產量。此外，激光剝離技術還可應用于器件晶圓的減薄過程，實現被剝離晶片的二次利用。
  圍繞國家戰略需求和國際產業競爭焦點，聚焦第三代半導體關鍵核心技術和重大應用方向，中國電子科技集團公司第二研究所緊抓第三代半導體產業發展契機，以解決SiC襯底加工效率這一產業突出難題為目標，將SiC激光剝離設備列為“十四五”期間重點研發裝備，旨在實現激光剝離設備國產化，打造“國之重器”，形成第三代半導體核心裝備研發、產業化和整線裝備解決方案的能力。
  日前，2所宣布SiC激光剝離設備研發項目通過專家評審論證，正式立項、啟動。依托國家第三代半導體技術創新中心，項目團隊匯聚所內優勢力量，充分體現了2所在SiC半導體材料、激光精密加工、光學系統設計搭建、半導體制造設備研制等方面的科研實力。
  截至目前，項目團隊已掌握激光剝離技術原理與工藝基礎，并已基于自主搭建的實驗測試平臺，結合特殊光學設計、光束整形、多因素耦合剝離等核心技術，成功實現了小尺寸SiC單晶片的激光剝離，取得突破性進展。下一步，團隊將聚焦激光剝離技術的實用化與工程化，積極推進工藝與設備的協同創新，研發大尺寸化、快速生產化、高良率化、全自動化、低能耗化的激光剝離設備。