半導體製程

全球碳減排的趨勢下，電動車與油電混合車之佔比日益劇增前述電動運具中之化合物半導體需求也隨之大幅提升。國際化合物晶圓加工設備廠商諸如日商 DISCO、Asahi diamond、 Shin-Etsu Silicone等，皆針對 SiC/GaP/GaAs等化合物半導體材料發展高效率且高良率之加工設備與組件，為相關半導體製程技術開發奠立了堅實基礎。本國半導體行業因台積電、聯電、欣興電子等大廠而居世界頂尖水平，然而前述廠商之主要技術發展較側重於矽晶圓製程、先進電晶體、以及電路板封裝製程技術，而於化合物半導體領域之加工與封裝製程卻較少著墨。有鑑於此，本中心團隊為提升國內相關產業之技術提升，著重於功率半導體相關之加工與封裝製程技術開發，以響應國家對於功率半導體、車用電子與綠能科技之發展需求。本年度主要著重於三大技術之研究開發，包含基板製程訊號特徵分析資料庫、封裝體裂紋擴展數位化模型、加工動態訊號特徵分析系統等技術，以下茲就前述技術分別進行描述。
113年度本中心團隊完成以下數項關鍵技術開發與驗證，包括晶圓機台加工特徵痕跡分析與解析模型建構，成功分析6種以上不同製程參數產生之加工特徵痕跡，協助產品加工效率提升50%; 建構單晶碳化矽裂紋擴展數值分析模型與驗證，準確率達 88% 以上，有效提升合作廠商製程參數導入時程效率達30%; 應用於硬脆材料之雷射輔助機械力切割加工，透過雷射輔助前處理有效提升半導體硬脆耗材加工成功率達 45%。下列為113年度之亮點技術說明 :

1. 亮點技術一：晶圓機台加工特徵痕跡分析與解析模型建構技術
   本中心團隊經分析取得晶圓加工機台作動過程中之重要加工痕跡特徵，並結合數學解析與數值模型多重驗證，以此建構一高效率估算晶圓加工後表面形貌特徵之分析模型，為後續改善晶圓加工工藝提供了重要工具；晶圓加工製程訊號分析模型。相關成果已發表至SCI 期刊The International Journal of Advanced Manufacturing Technology。
2. 亮點技術二：單晶碳化矽裂紋擴展數值分析模型技術
   剖析單晶SiC 材料非等向性，為有效分析前述材料加工切割時產生之材料損傷特性之關鍵條件。本中心團隊藉由穿透式電子顯微鏡對SiC 材料切割後之微裂紋幾何形貌進行量測，並基於擴展有限元素法理論(XFEM)，建構單晶碳化矽於不同切割參數形成預裂紋幾何之數值分析模型，並與實驗結果比對驗證。完成的模型有助於產線人員分析實際製程中因不同切口深度與進給率產生之預切口幾何形狀下之應力強度因子。
3. 亮點技術三：應用於硬脆材料之雷射輔助機械力切割加工
   SiC 化合物半導體材料加工與封裝技術中，單晶碳化矽晶粒分割製程研究為關鍵技術之一，其切割品質將會直接性影響產品後續使用之可靠性。有鑑於半導體製程中硬脆耗材其加工精準性與性質嚴苛要求，本中心團隊藉由雷射輔助前處理，有效處理硬脆材加工時之高剛性情形，提高生產效率的同時亦兼顧加工完成產品之良率；透過前述之雷射處理與機械分片結合製程，本中心團隊成功加工製造出無邊緣崩落缺陷之SiC 晶片，且剖析其切割道橫截面上之SiC 應力誘發非晶化現象，有助於連結製程加工品質與材料微觀結構變化之關聯性 (相關成果已發表至 SCI期 刊 Materials Today Communications。