在碳化硅生產流程中，碳化硅襯底制備是最核心環節，技術壁壘高，難點主要在于晶體生長和切割。單晶生長后，將生長出的晶體切成片狀，由于碳化硅的莫氏硬度為9.2，僅次于金剛石，屬于高硬脆性材料，因此切割過程耗時久，易裂片。實現切割損耗小、并且切割出厚度均勻、翹曲度小的高質量SiC晶片是目前面臨的重要技術難點。

一、碳化硅晶體切割技術種類

20?世紀 80?年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金剛石微粉的內圓鋸進行切割。由于內圓鋸切割的切縫大、材料損耗多，且對高硬脆材料的切割尺寸有限制，從 20?世紀 90?年代中期開始，切縫窄、切割厚度均勻且翹曲度較低的線鋸切割方式逐步發展起來。線鋸切割以鋼線做刃具，主要分為游離磨料（砂漿線切割）和固結磨料切割（金剛石線鋸切割技術）兩類。

圖??碳化硅晶體和襯底晶片，來源：重投天科半導體

目前，碳化硅晶體的切割技術有：金剛石線切割（固結磨料線鋸切割）、砂漿線切割（游離磨料線鋸切割）、激光切割。線鋸切割技術成熟，是主流切割技術。

1、砂漿線切割

砂漿切割技術指一種切割高硬脆材料的切割工藝技術。該工藝以鋼線為基體，莫氏硬度為 9.5 的碳化硅（SiC）作為切割刃料，鋼線在高速運動過程中帶動切割液和碳化硅混合的砂漿進行摩擦，利用碳化硅的研磨作用達到切割效果。砂漿線切割技術中，砂漿是磨粒的載體，對懸浮于其中的磨粒起到穩定分散的作用，因此需要一定的黏度，同時砂漿還需要帶動磨粒隨線鋸一起運動，因此需要具有較好的流動性，還應具有較好的導熱性防止切片溫度過高，在實際應用中一般選擇聚乙二醇（PEG）作為磨粒的分散劑。

圖?砂漿切割原理示意圖

砂漿切割技術具有切縫窄、切割厚度均勻等優點，適用于硅材料和SiC切片，但存在加工效率低、磨粒利用率低、對環境不友好等缺點。

圖?砂漿切割示意圖

2、金剛石線切割

金剛線，或稱金剛石線、電鍍金剛線，是用電鍍的方法在鋼線基體上沉積一層金屬鎳，金屬鎳層內包裹有金剛石微粉顆粒，從而使金剛石顆粒固結在鋼線基體上而制得的一種線性超硬材料切割工具。金剛線切割技術指以金剛線為切割工具，配合專用的切割設備和適合的切割工藝，實現硬脆材料切割加工的技術。

圖?金剛線切割原理示意圖

圖?金剛線切割示意圖

※超聲復合線鋸：超聲輔助的金剛線切割

3、激光切割

激光剝離技術是將激光聚焦到晶圓表面以下，在碳化硅晶錠內部不同深度處進行逐層掃描生成單道或者多道改質層，之后，在外張力作用下，改質層裂紋沿垂直于晶圓表面方向擴展，使晶圓由內向外劈裂，從而在碳化硅晶錠上剝離出晶圓。碳化硅的激光切割一般使用皮秒紅外激光器作為光源，近紅外波長能夠更好的透過碳化硅并聚焦在材料內部形成改質區。這種技術具有材料損耗低、加工效率高、出片數量多等優勢，有望成為金剛線切割技術的理想替代方案。

圖??DISCO?KABRA?激光剝離技術

據DISCO官網介紹，其 KABRA 激光剝離技術6英寸SiC晶錠上切割一個晶片需要10min（一個晶錠需要31h），而傳統技術則需要3.1h（一個晶錠需要100h），單個晶錠可生產的晶片數量是現有工藝的 1.4 倍。

圖 ?英飛凌冷切割（cold?split）技術

2018年，英飛凌耗資1.24億歐元收購了一家名為SILTECTRA的晶圓切割公司，其核心技術“冷切割（cold split）”，采用低溫和激光技術切出晶圓片，相比于鋸切割對于材料的損耗幾乎可以忽略不計。通過晶錠的切片和背部減薄的切割方法，冷切割技術理論上可以達到傳統晶圓處理方法4倍的利用率。不僅如此，冷切割技術還可以用于GaN晶錠的生產過程中。英飛凌目前已經在晶錠的切片過程中開始試產冷切割技術，未來兩年會繼續把冷切割技術用到背部減薄工藝中去。

圖 微射流激光技術工作圖和加工裝置示意圖

二、碳化硅晶體切割設備供應商

原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：碳化硅襯底切割技術及供應商名單