眨眼间炼出高质量晶圆

湖北日报全媒记者 刘宇 通讯员 游茁瑞 实习生 王同一

我在现场看攻关 高端装备制造

在显微镜下放大50倍，看到晶圆上一个个方斑拼接完整、表面形貌分布均匀，工程师张摇松了口气，揉了揉酸涩的眼睛。

8月22日，华工科技半导体研发实验室里，工程师们刚完成一台全自动碳化硅晶圆激光退火设备的调试工作。

“即将送往客户企业进行大批量验证。”华工激光副总经理王建刚介绍，这是继华工科技完成核心部件全国产化的全自动晶圆激光切割设备和改质切割设备研发后，在第三代化合物半导体关键技术领域的又一重要突破。

晶圆退火，是半导体制造过程中的关键工序。过去，晶圆厂大多采用高温炉管、快速热退火等传统退火技术，效率不高、退火范围不可控，均匀性得不到保证，且容易使已完成的工艺受到影响。

“我们一直在探索一种局域化微纳米级新型退火方案。”张摇介绍，去年9月，该项目立项，华工科技与华中科技大学机械学院联合攻关，用了不到9个月完成研发。

眼前这台设备，正是通过最新的碳化硅晶圆激光退火技术，利用脉冲激光能量控制精准、瞬时脉冲能量高的特性，经激光系统整形后，辐射晶圆背侧金属，在几十到几百纳秒的时间内将晶圆表面加热到1000℃以上，使得金属与碳化硅晶圆间发生合金化反应，改善芯片电学性能。

“一片晶圆普遍需要上百万次的‘整形’，才能形成高质量的晶圆。”张摇说，该设备平均单片耗时4分钟，每小时产率可达15片以上，比目前市面上同类退火设备多一倍以上，且光斑均一性高，品质更好。

此外，进行晶圆背面激光退火时，要求不能影响到正面已完成工艺，这意味着晶圆背面在经历上千摄氏度高温考验的同时，另一面温度则要小于100℃。

要求有多高？张摇举例，在晶圆表面被加热到上千摄氏度时，受热影响的深度不超过5微米，也就是不到一根头发丝的十分之一。

“退火均匀性提升至95%以上，整机效率提高了30%，成本较进口设备降低40%。”王建刚表示，目前设备整机国产化率超过80%，其中最核心的关键单元——激光光学整形系统，由华工科技100%自主研发完成。该设备性能已达到国际先进水平，效率更是高于国际先进水平。

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