近日北京晶飛半導體科技有限公司(以下簡稱“晶飛半導體”)宣布已經于2023年9月完成了天使輪融資,該輪融資金額為數千萬元。本次融資由無限基金SeeFund領投,德聯資本和中科神光跟投。本輪融資主要用于公司的技術研發、市場拓展以及團隊建設。這一投資將進一步加速晶飛在半導體領域的創新步伐,為推動公司技術和產品的不斷升級提供了有力支持。
晶飛半導體的技術源自中科院半導體所激光垂直剝離碳化硅SiC晶錠的科技成果轉化而成,據了解這項技術是將激光垂直照射碳化硅SiC晶錠,并聚焦到碳化硅SiC晶錠內部一定深度,使表面層改性后,從晶錠上剝離出晶片。
半導體材料是半導體產業鏈發展的基石,21世紀初至今,第三代半導體材料顯示出了優于傳統硅基材料的特性,其中又以碳化硅SiC為代表的第三代半導體材料功率器件逐漸進入產業化加速放量階段,市場景氣度持續提升。
新能源革命的大背景下,碳化硅SiC功率器件市場潛力巨大,這是由于碳化硅SiC具有大帶隙、大載流子漂移速率和大熱導率這三大特性,做成的器件有高功率密度、高頻率、高溫和高電壓這“四高”性能,具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率、化學性能穩定等優點,因此是高壓功率器件的演進方向,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。
目前碳化硅SiC半導體在新能源汽車、光伏、軌道交通等各類場景下擁有廣泛的使用前景。但成本是制約其滲透率的關鍵因素。在器件層面,碳化硅SiC襯底成本占比高達47%,而其它傳統硅基器件僅有7%;因此碳化硅SiC襯底降本是實現碳化硅SiC器件快速滲透的重要途徑。當前,第三代半導體材料如碳化硅SiC、氮化鎵等在硬度和脆性方面存在挑戰,而傳統金剛線切割方法在生產晶圓時導致切割損耗嚴重、切割速度慢等問題,從而推高了晶圓的價格。
其中碳化硅SiC材料由于硬度與金剛石相近,現有的加工工藝切割速度慢、晶體與切割線損耗大,成本較高,導致材料價格高昂,限制了碳化硅SiC半導體器件的廣泛應用。
半導體所激光垂直剝離碳化硅SiC晶錠技術由全固態光源實驗室主任林學春先生主導并實驗成功,由晶飛半導體進行量產裝備化產業推廣,我國這一技術已完全成熟。其創新性地利用光學非線性效應,使激光穿透晶體,在晶體內部發生一系列物理化學反應,最終實現晶片的剝離,這種利用激光垂直改質的剝離設備被譽為“第三代半導體中的光刻機”。
在碳化硅SiC晶錠切割分離領域,相較于金剛石線切割技術,激光剝離技術的切割時間從4-5天縮短至17分鐘,材料損失率也大幅降低,從而在等量原料的情況下提升碳化硅SiC襯底產量,并完全避免常規的多線切割技術導致的金剛線等材料損耗。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。
量產化數據來看,碳化硅SiC晶錠金剛線切割的線損為200μm,研磨和拋光的損失為100μm;激光垂直剝離碳化硅SiC晶錠的線損為0,脈沖激光在晶錠內部形成爆破層,在分離后由于裂紋延伸的存在,在后續拋光加工后材料損失可控制在80~100μm。相比于金剛線切割損失的1/3,這大大減少了切割剝離損失;對于厚度為2cm的碳化硅SiC晶錠,使用金剛線切割晶圓產出量約為30片襯底,然而采用激光剝離技術晶圓產出量約為45片襯底,增加了約50%。
晶飛半導體成立于2023年7月,專注于激光垂直剝離技術研究,旨在實現對第三代半導體材料的精準剝離,以有效降低碳化硅SiC襯底的生產成本。創始團隊深耕于激光精細微加工領域,利用超快激光技術,為各種超薄、超硬、脆性材料提供激光解決方案,積極推動激光精細加工在制造業的國產化和傳統工藝替代。在6英寸和8英寸碳化硅SiC襯底激光垂直剝離技術的研發方面,公司近5年連續獲得“北京市科技計劃項目”支持,并正與國內頭部的襯底企業展開合作工藝開發。
激光加工是現代工業的重要應用技術之一,脈沖激光除了具有極短的脈寬以外,其極高的瞬時功率密度也是最重要的特點之一,這得益于二十世紀八十年代GerardMourou和DonnaStrickland發明的啁啾脈沖放大技術(ChirpedPulseAmplipication,CPA)。他們也因此獲得了2018年諾貝爾物理學獎。
而今年瑞典皇家科學院決定將2023年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾-阿戈斯蒂尼(PierreAgostinii)、費倫茨·克勞斯(FerencKrausz)和安妮?呂利耶(AnneL’Huillier),以表彰他們用于研究物質中電子動力學的產生阿秒脈沖光的實驗方法,可見激光應用技術在全球科研與生產中的地位也越來越高。
當前國內主流碳化硅SiC襯底企業主要生產6英寸晶圓,許多頭部企業和研究機構已完成8英寸晶圓開發并推進量產進程。未來8英寸襯底替代6英寸襯底的演進方向同樣決定線切方式存在極大挑戰。
而利用激光加工工藝來加工包括碳化硅SiC在內的第三代半導體材料,已經成為行業的主流,是各個半導體裝備制造企業努力攻關的方向。晶飛半導體的激光垂直剝離設備由于是垂直剝離工藝。完全不受碳化硅SiC晶錠尺寸限制,能夠為碳化硅SiC襯底企業提供更靈活的晶圓切片解決方案,從而顯著提高切片效率和晶圓產出率。
這也意味著晶飛半導體這一技術優勢為碳化硅SiC晶圓的制造提供了更高度的可定制性和效率優勢,為行業的晶圓生產帶來了創新的可能性。晶飛半導體的激光垂直剝離技術將迎來更剛性的需求增長,加快碳化硅SiC等第三代半導體在行業滲透步伐。