半导体衬底材料碳化硅(SiC)已经引起电动汽车(EV)和电力电子制造商的浓厚兴趣，因为与传统的硅电子器件相比，碳化硅在这些应用中展现出许多优势。但SiC的材料特性与硅有很大不同，这意味着目前的许多IC制备工艺在一定程度上并不适用SiC，甚至根本不适用。

切割(芯片划切)就是一个典型例子。作为硅芯片切割的主要方法，机械锯切并不能完全应用到SiC上。其中一个问题在于，SiC是已知最硬的材料之一，其硬度几乎与金刚石相当。因此，锯切 SiC 会产生切屑，迅速磨损昂贵的金刚石锯片，锯切速度相对较慢，而且会产生热量(这会影响材料特性)。

在本应用聚焦中，我们将回顾运用最新雷射技术克服这些挑战的技术，并介绍加工 SiC 材料的解决方案。

非接触式雷射切割为加工SiC材料提供了一种极具吸引力的选择。理想的雷射加工可以减少或消除边缘崩裂，并将材料的机械变化(裂纹、应力或其他缺陷)减至最少。此外，它还能最大限度地减小切口宽度，以保持较小的“自由区域"尺寸(相邻电路之间的空区域)，从而大幅增加每片晶圆的芯片数量。众所周知，超短脉冲(USP)雷射，尤其是紫外(UV) 波长的超短脉冲(USP)雷射，在对坚硬、透明或脆性材料进行高精度切割和烧蚀时完全能展现上述优点。但与此同时，结合利用短脉宽和短波长实现高产量也是一项挑战。

考虑到这些因素，我们使用MKS Spectra-Physics® IceFyre®紫外皮秒雷射进行了优化SiC 切割工艺的实验。我们特别TimeShift^TM可程序设计脉冲功能对脉冲串定制的影响。

测试样品为 340μm 厚的4H-SiC材料。利用这款雷射的可程序设计脉冲串功能，我们使用从单脉冲到12个脉冲串的各种脉冲配置制作了各种划片。

图 1. 单脉冲和各种脉冲串配置（4-12 个脉冲串子脉冲）在 25 mm/s 净速度下的划线深度与功率的函数关系。显然，脉冲串提高了烧蚀率。

总体结果如图1所示，图中显示了各种脉冲串配置底线深度与平均雷射功率的函数关系。在每次测试中，我们在材料的同一位置上总共进行了八十次高速划线。利用 IceFyre雷射的 TimeShift功能，可以精密控制每个脉冲串在工作面上的位置(例如总脉冲重叠)。在这种情况下，脉冲的有效空间重叠率约为 84%，这是通过交错配置多个重叠次数较少的脉冲来实现的。

这一资料清楚地表明，使用脉冲串可显著提高烧蚀率,这与在其他材料中使用脉冲串处理以及其他脉冲宽度的结果一致。

图 2. 显微镜图像显示 25 µm 深沟槽的顶部和底部。这些图像显示，随着脉冲串中脉冲数量的增加，划线质量也在稳步提高。

为了对划线进行定性评估，我们拍摄了一系列照片。这些照片如图2所示。具体来说，这些照片是利用1、4、8和12 个脉冲串制作的一系列25 μm 深沟槽的图像,在每种情况下，雷射平均功率和净速度都经过调整，以达到最佳质量(25μm深度)。

在上排照片中，显微镜聚焦的是晶圆上表面，而在下排照片中，聚焦的是划线底面(底部)。随着脉冲串子脉冲数的增加,整体特征质量明显提高。

特别值得注意的是，随着脉冲数的增加，划线周围的变色逐渐缩小，然后完全消失。这种变色通常表明表面或基体材料发生了某种变化可能由于材料过热而导致表面氧化。

图3中的照片显示的只是一系列划线的底部(底面),这次的放大倍数更高。在这种情况下，每次划线都是在相同的雷射工作条件下进行的，即平均功率为16 W,净扫描速度为 25 mm/s。图中示出了每种条件下的划线深度。

图 3. 从这些图像中可以看出，使用皮秒紫外雷射加工可以获得极佳的加工表面质量。高脉冲数脉冲串的优势在此显而易见。

这种分辨率更高的视图使得随着脉冲数的增加，表面光滑度的改善更加明显。值得注意的是，在平均功率和整体加工速度不变的情况下，使用TimeShift功能定制脉冲输出可以使划线深度增加三倍。

这项测试表明，紫外皮秒雷射可以在SiC芯片上制作超高质量的划线。此外，测试还明显证明了TimeShift脉冲串程序设计的优势。尤其是，测试表明脉冲数越高，划线质量越好，进料速率也越高。这一结果令人振奋，因为测试表明使用具有TimeShift 功能的IceFyre 皮秒雷射进行SiC划线，既能达到生产所需的产量，又能保证质量，从而实现高成本效益。

产品：lceFyre 工业皮秒雷射

IceFyre UV50是市面上表现优异的紫外皮秒雷射，在1.25 MHz(>40)时提供>50W的紫外输出功率，脉冲串模式下的脉冲能量为100μJ，脉冲宽度为 10 ps。IceFyre UV50设定了从单次激发到10MHz的功率和重复率的新标准。

IceFyre UV30 提供>30W的典型紫外输出功率,脉冲能量>60μJ(脉冲串模式下脉冲能量更大)，具有从单次激发到3MHz的优异性能。

IceFyre IR50在400kHz单脉冲时提供>50W的红外输出功率，具有从单脉冲到10 MHz的优异性能。lceFyre 雷射的独特设计利用了光纤雷射的灵活性和Spectra-Physics独有的功率放大器能力，实现了 TimeShift ps可程序设计脉冲模式技术，具有业内较高的多功能性。

每台雷射均配备一组标准波形;可选的TimeShiftps GUI 可用于创建自订波形。该雷射的设计可为高扫描速度的优质加工(例如使用多面扫描镜)实现同类雷射中时间抖动极其低的按需脉冲(POD)和位置同步输出(PSO)触发功能。