加工設(shè)備的陶瓷底座上，放著一塊直徑8英寸、厚1公分的碳化硅晶錠。工作人員點擊電腦屏幕，設(shè)備啟動運行，激光頭沿著晶錠邊緣做往復(fù)運動。15分鐘后，一片500微米厚的碳化硅晶圓便完成切割。

7月21日，中國光谷華中科技大學(xué)科技園創(chuàng)新基地，硅來半導(dǎo)體（武漢）有限公司（以下簡稱“硅來”）潔凈室里，生產(chǎn)線產(chǎn)能拉滿，一片片碳化硅晶圓陸續(xù)下線。

碳化硅是第三代化合物半導(dǎo)體材料，與傳統(tǒng)單晶硅相比，碳化硅制成的芯片可在高壓、高溫下穩(wěn)定工作。隨著新能源汽車充電電壓越來越高、充電后續(xù)航里程越來越長，碳化硅成為新能源汽車行業(yè)“新寵”。

碳化硅從原材料變?yōu)樾酒?jīng)歷晶錠生長、晶圓切割、晶圓拋光、光刻、封裝測試等流程。能否又好又快地將晶錠切割成晶圓，關(guān)乎碳化硅芯片全產(chǎn)業(yè)鏈整體效能。

過去，切割碳化硅晶錠靠的是一根直徑100微米的金剛線，其過程就像用刀切蘿卜。在一片1公分厚的碳化硅晶錠上，使用金剛線可以切出10片500微米厚的碳化硅晶圓，但每切1片需用時1天，晶錠損耗率高達50%。

一塊碳化硅晶錠的價格可達6位數(shù)，這意味著切出來的晶圓越多，單片成本越低，企業(yè)產(chǎn)品競爭力越強。

隨著我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，碳化硅芯片需求量大幅提升，金剛線切割法費時費料的弊端日漸顯現(xiàn)，使用新技術(shù)替代迫在眉睫。

近年來，激光剝離碳化硅晶圓技術(shù)應(yīng)運而生。激光被譽為“最快的刀”，但作用在碳化硅晶錠時不是傳統(tǒng)意義上的“切”，而是在晶錠內(nèi)部密集聚焦10億次，用能量改變碳化硅結(jié)構(gòu)，將晶圓從晶錠上“剝下來”。形象地講，就像太陽把人曬脫一層皮。

要確保一片晶圓厚度均勻，10億個聚焦點都得打在相同的深度，這對激光精密控制提出巨大挑戰(zhàn)。

為此，硅來自主研發(fā)了一款混合光源激光系統(tǒng)，經(jīng)過上萬次試驗，為其匹配具備專利技術(shù)的“自由曲面晶片”。

在一系列創(chuàng)新技術(shù)加持下，這臺設(shè)備變成“三頭六臂”的哪吒，可將激光聚焦深度精密控制在100微米到1000微米區(qū)間，滿足不同厚度碳化硅晶圓生產(chǎn)需求。這套系統(tǒng)從硬件到軟件都實現(xiàn)100%自主可控。

經(jīng)過驗證，硅來在1公分厚的晶錠上可以切出15到16片500微米厚的晶圓，單片切割時間僅需15分鐘。相比金剛線切割法，單片切割損耗從500微米降至75微米，晶錠損耗率降至15%，單片晶圓成本下降超過20%，良率超過99%。其技術(shù)指標(biāo)，與國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心深圳平臺研發(fā)的同類技術(shù)不相伯仲，均達到國際領(lǐng)先水平。

今年5月，硅來首條碳化硅晶圓切割生產(chǎn)線在光谷投產(chǎn)，年產(chǎn)能預(yù)計超過3萬片。目前，硅來已經(jīng)與國內(nèi)多家碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)形成合作，未來計劃在漢新建四五條生產(chǎn)線，年產(chǎn)值有望超過10億元。

統(tǒng)計顯示，湖北以光谷為主體，已聚集碳化硅所在的化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域企業(yè)50多家，長飛先進、先導(dǎo)稀材等一批百億龍頭項目落地，3萬多名創(chuàng)新人才聚集，已構(gòu)建起從研發(fā)、中試到量產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，形成覆蓋材料、器件到封裝檢測的完整產(chǎn)業(yè)鏈。