▲圖左起：鼎極科技營運長錢俊逸、董事長坂西昇一、國研院院長蔡宏營、國研院國儀中心主任潘正堂、副主任林郁洧、研究員林宇軒。(圖／國研院提供)
【焦點時報/記者羅蔚舟報導】為因應電動車、5G與低軌衛星等高效能電力電子元件日益增長的需求，國家實驗研究院國家儀器科技研究中心（國研院國儀中心）與鼎極科技攜手合作，共同開發「紅外線奈秒雷射應用於碳化矽（SiC）晶圓研磨製程」的關鍵技術。此一突破性成果成功提升碳化矽晶圓研磨速率與品質，顯著降低製程成本與材料損耗，有效回應產業界對於高效率、低損耗製程的迫切需求，並為國產化合物半導體功率元件量產鋪路，拓展未來電動車、再生能源、資通訊設備等民生應用場域的發展潛力。
▲國研院國儀中心與鼎極科技攜手合作，共同開發「紅外線奈秒雷射應用於碳化矽（SiC）晶圓研磨製程」的關鍵技術，成功提升碳化矽晶圓研磨速率與品質。圖係樣品成果展示。(圖／國研院提供)
碳化矽為化合物半導體材料中極具潛力的一員，具備高電壓耐受性、高熱導電性、高化學穩定性等優異特性，已取代矽晶圓，成為車用電源與驅動系統、太陽能光電變流器、充電樁與工業控制設備等核心元件的材料首選。
然而要以碳化矽製作晶圓時，「研磨」這一步驟卻遭遇困境，因為碳化矽硬度極高，傳統研磨方式在加工效率及品質良率上皆存在瓶頸，不僅耗時、研磨損耗多，且因其為機械性加工，會在晶圓的表面造成損傷，甚至導致整片晶圓破裂，嚴重影響晶圓良率，大幅提升了製造成本。
為了解決這個難題，國研院國儀中心運用其在精密光學與先進雷射的研發能量，成功導入紅外線奈秒級雷射系統，開發出專為碳化矽晶圓量產需求設計的「雷射研磨技術」，此技術可將每片晶圓的研磨時間從3小時縮短為2小時，且不會造成晶圓損傷，晶圓破片率可自5%降至1%，大幅提高產品良率；同時可減少研磨造成的晶圓損耗，亦顯著降低傳統研磨所需的鑽石砂輪、水、油等耗材與機台清洗等維護成本，裸晶圓的研磨耗材成本可自23美元降至0.1美元，同時可避免機械研磨使用的鑽石顆粒受到主要出產國中國的箝制。此技術還有另一優點，就是可將碳化矽晶圓的硬度由原本約3000 HV降至60 HV，顯著降低後續加工的時間和成本。
業界普遍視碳化矽晶圓後段製程為量產瓶頸，國研院國儀中心開發出「雷射研磨技術」，代表我國在高硬度材料非接觸式加工領域有了重大突破，再由鼎極科技將此技術落地轉譯，成為推動碳化矽材料量產化的關鍵推手，為我國自主發展功率半導體製程提供實質支援，可說是為國內功率半導體產業鏈補上關鍵的一環。目前鼎極科技已與美國晶片製造商安森美半導體公司（ON Semiconductor Corp.）捷克廠合作，將機台推廣到歐洲。未來國儀中心將與鼎極科技持續合作，推動此項技術商品化，並進一步擴展至8吋碳化矽晶圓與多層異質結構元件之應用，亦有機會應用於其他高硬度材料之精密加工，如氮化鎵、陶瓷基板與先進封裝材料，潛力無窮。
國研院國儀中心未來將持續秉持「科技導入產業、研發立足應用」的核心使命，深化與產業夥伴的合作關係，將更多前瞻性技術轉化為產業競爭優勢，協助臺灣產業界競逐國際舞台。
[1] 硬度就是「固體材料抗拒永久形變的能力」，其中一種「維氏硬度」用的單位為HV。自然界中最硬的金剛石硬度約為10,000 HV，碳化矽約為3,000 HV，矽約為1,000 HV。
