碳化硅作为第三代半导体材料，主要用于功率器件芯片以及射频芯片器件的制造。产业链架构与常规半导体产业链颇为相似，均涵盖衬底制备、外延层生长、芯片设计、芯片制造以及封装测试五大核心环节。 01 碳化硅衬底加工是降本增效重要环节 SiC产业链70%价值量集中在衬底和外延环节。碳化硅衬底、外延成本分别占整个器件的47%、23%，合计约70%，后道的器件设计、制造、封测环节仅占30%。碳化硅衬底的晶圆加工过程主要分为切片、研磨、抛光和清洗。作为晶圆加工的第一道工序，切片质量对加工损伤及最终晶圆的质量具有至关重要的影响。因此，碳化硅衬底加工不仅是提升产品质量的关键，更是实现降本增效的重要环节。 02 碳化硅衬底切割技术 碳化硅衬底切割技术是将SiC晶锭按特定方向精准切割成晶体薄片的过程，旨在获得翘曲度小、厚度均匀的晶片。切割方式的选择与切割质量的把控，对晶片的厚度、表面粗糙度、尺寸精度、材料耗损度以及生产成本等多个方面均产生显著影响。目前碳化硅晶锭切割工艺主要包括砂浆线切割、金刚石线切割和激光切割。 在国内市场，砂浆线切割技术虽广泛应用，但因其损耗大、效率低、污染严重，正逐步被金刚线切割或激光切割技术取代。砂浆线切割技术虽然可加工较薄晶圆（切片厚度<0.3mm），切缝窄且切割厚度均匀，材料损耗相对较小，但该技术存在切割速度低、磨粒利用率低、砂浆液难回收且污染环境的问题。此外，游离磨粒对钢线的磨削作用会导致晶片厚度不均匀，降低线锯使用寿命。 金刚石线切割技术通过将金刚石磨粒牢固地固结在切割线上，利用高速往返运动实现高效切割。其加工效率远超砂浆线切割数倍，但伴随着切口较大、表面粗糙度较高的问题，材料损失可高达46%，切缝宽度通常超过200μm。由于金刚砂与碳化硅（SiC）的硬度相近（莫氏硬度达9.5级，仅次于钻石），使得反复低速磨削过程既耗时又费力，且刀具磨损频繁。例如，切割一片100mm（4英寸）的SiC晶片就需耗时6～8小时，且容易产生碎片。 在降本增效的推动下，对碳化硅（SiC）晶锭的切割要求切出更多、更薄的衬底，同时随着晶圆尺寸向8英寸量产及未来12英寸的发展，切割工艺面临更严格的挑战。激光切割通过高能激光束照射工件，使局部熔融气化，实现非接触、无机械应力损伤的灵活加工，且无刀具损耗、水污染，设备维护成本低。以20毫米SiC晶锭为例，传统线锯可生产30片350微米的晶圆，而激光切片技术则可生产50多片，且由于晶圆几何特性更优，单片厚度可减至200微米，从而使单个晶锭的晶圆产量增至80多片。日本DISCO公司的KABRA激光切割技术，在加工6英寸、20毫米厚的碳化硅晶锭时，生产率提高了四倍。随着技术进步和SiC衬底尺寸增大，激光切割技术正有望逐步取代传统的金刚线切割和砂浆线切割。 03 碳化硅 激光切割 激光切割按照切割方式又可以分为水导激光切割、激光剥离、激光冷切割。 水导激光切割技术 （LaserMicroJet, LMJ），又称激光微射流技术，由瑞士Synova公司开发，利用高压水柱引导激光进行精确切割。该技术在大尺寸碳化硅晶圆切割上仍存技术瓶颈，但6寸以内已无问题。其优势在于切割质量高，端面粗糙度普遍小于Ra＜1μm，且切割速度快，薄晶圆切割速度可达200mm/s。国内哈工大、长春理工等高校正积极研发，目前可实现产业化的喷嘴为80μm。水导激光精度高（公差为+/-3µm），可切割任意形状，且适用于厚材料切割。 激光剥离： 激光剥离技术是一种高效的碳化硅晶片切割方法，它通过将激光垂直照射并聚焦到晶锭内部特定深度，使表面层发生改性，从而轻松从晶锭上剥离出晶片。与传统的线切割技术相比，激光剥离技术将切割时间大幅缩短至仅需17分钟，同时显著降低材料损失率，从根本上避免了锯口损失，使得晶片产出能提高44%，特别适用于大尺寸晶圆的切割。此外，该技术还省去了晶片研磨环节，有效节省了时间、设备和人力成本。 激光冷切割： 激光冷切割技术通过激光照射碳化硅晶锭形成剥落层，并利用聚合物冷却步骤将微裂纹处理为主裂纹，实现晶圆的无损分离。该技术具有显著优势：每片晶圆总切口损失小于100μm，SiC晶圆良率提高90%，原材料损耗大幅减少，产能提高近2倍，成本降低20%～30%。飞凌收购的Siltectra公司掌握的此技术，实现了半导体级20~200μm厚度的无损切割，英飞凌应用后单个晶锭芯片产量翻倍，良率提升至90%，成本显著降低。 此文来源未来产链，部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。
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