电火花线切割制作低成本高品质衬底

电火花线锯切割（WEDM）是一种多用途、低成本的晶棒处理工艺。它的锯痕宽较小，这意味着它比现有线锯工艺浪费的材料要少得多，并且在加工过程中没有微裂痕产生。在此由来自犹他大学的Dinesh Rakwal和Eberhard Bamberg如是说。

我们研究小组对这项先进的技术引以为豪，当然我们的工作也离不开传统的线锯工艺，它是一种沿用了几百年且得到持续升级的技术。

衬底制造商用线锯技术加工GaAs、InP与SiC晶棒来获得衬底基板，此法工艺简单，生产效率高；然而它也有一些缺陷：材料浪费严重，并且在这些易脆的半导体材料中容易产生微裂痕。而这些微裂痕需要附加工序才能去除掉。

幸运的是，上述状况可在放电线切割工艺（WEDM）技术中得以避免。该工艺由来已久，通过我们犹他大学研究小组的努力，直到较近才被运用到半导体领域。

该非接触工艺首先使用带有数百伏电压的金属线靠近晶棒，当间距调至若干微米时，会产生电弧放电；能量将由金属线传导至晶棒的对应区域，通过局部加热效应使其蒸发气化，从而在晶棒上产生了细微的切割，可以通过不断重复电弧放电过程以加深划痕，较终可切割出一个圆形的薄片。

金属线和晶棒之间的距离需要精确控制，如果二者太近就会发生短路，如果太远切割速度就会下降。还好，该间距可以通过WEDM的操作电压来监控；电压降低意味着金属线与晶棒靠得太近，这时必须降低切割速度以增大线棒间距；同样地，电压升高表示线距离晶棒太远，则需要更高的切割速度。

在金属线和晶棒之间的间隙需要导入电解质，例如去离子水或者油，这可以增大由金属线产生的电场强度，以强化放电的集中度。而且，液体介质也有助于带走切割过程中产生的被熔化的材料。

对于考虑从传统线切割转向WEDM工艺的任一家衬底供应商来说，他们都希望在不降低产品质量的情况下提高加工效率。较大切割速度取决于被切割的材料，同时也可以通过增加放电能量来提高速度，而放电能量的决定因素又包括线棒之电压、放电电流以及放电脉冲时间。能量太高时是通过热冲击而不是非熔融去除材料，所以会产生微裂痕。对锗而言，我们的结论是：为避免微裂纹的产生，放电能量要小于0.111mJ。

晶棒的电导率也极大地影响了WEDM的切割速度。高电阻降低了金属线和晶棒之间的电流，从而减小了融化半导体材料的脉冲能量并较终降低了切割效率。电阻率为0.01Ω cm的材料（例如锗掺杂浓度1×1018cm–3）相对容易，然而当电阻率提高到1Ωcm时切割速度难免会降低。电阻率是20Ωcm时（出现在光学级的非掺杂锗中，用于红外衍射光栅）切割速度很低，但是我们正致力于采用高电压脉冲发生器来应对这一问题。

全文请参看《半导体科技》之“化合物半导体”专栏：“电火花线切割制作低成本高品质衬底”

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