01 Sissejuhatus
Vahvlite kuubikuteks lõikamine on pooljuhtseadmete valmistamise oluline samm. Lõikemeetod ja kvaliteet mõjutavad otseselt vahvli paksust, karedust, mõõtmeid ja tootmiskulusid ning mõjutavad oluliselt seadme tootmist. Ränikarbiid kui kolmanda-põlvkonna pooljuhtmaterjal on elektrirevolutsiooni edendamisel ülioluline materjal. Kvaliteetse-kristallilise ränikarbiidi tootmiskulud on äärmiselt kõrged ja sageli soovitakse lõigata suur ränikarbiidi valuplokk võimalikult paljudeks õhukesteks ränikarbiidist vahvlialusteks. Samal ajal on tööstuse areng kaasa toonud vahvlite suuruse suurenemise, mis tõstab nõudmisi lõikamisprotsessidele. Ränikarbiidmaterjalil on aga ülikõrge kõvadus – Mohsi kõvadus on 9,5, mis on maailma kõige kõvema teemandi järel (10) teisel kohal, ning sellel on ka kristallide haprus, mistõttu on raske lõigata. Praegu kasutatakse tööstuses tavaliselt traadi läga lõikamist või teemanttraadi lõikamist. Lõikamise ajal asetatakse ränikarbiidi valuploki ümber võrdsete vahedega fikseeritud traatsaag ja traatsaagi pingutades lõigatakse välja ränikarbiidist vahvlid. Traatsaagimismeetodi kasutamine vahvlite eraldamiseks 6-tollise läbimõõduga valuplokist võtab aega umbes 100 tundi. Saadud vahvlitel ei ole mitte ainult suhteliselt suur lõige, vaid ka suurem pinnakaredus, mis põhjustab materjalikadusid kuni 46%. See suurendab ränikarbiidmaterjalide kasutamise kulusid ja piirab selle arengut pooljuhtide tööstuses, muutes ränikarbiidplaatide uute lõikamistehnoloogiate uurimise kiireloomuliseks. Viimastel aastatel on laserlõikamistehnoloogia kasutamine pooljuhtmaterjalide tootmisel ja töötlemisel muutunud üha populaarsemaks. Selle meetodi põhimõte on kasutada fokuseeritud laserkiirt substraadi modifitseerimiseks materjali pinnalt või seestpoolt, eraldades seeläbi selle. Kuna tegemist on kontaktivaba protsessiga, väldib see tööriista kulumise ja mehaanilise pinge mõju. Seetõttu parandab see oluliselt vahvli pinna karedust ja täpsust, välistab vajaduse järgnevate poleerimisprotsesside järele, vähendab materjalikadu, vähendab kulusid ja minimeerib traditsiooniliste lihvimis- ja poleerimisprotsesside põhjustatud keskkonnareostust. Laserlõikamistehnoloogiat on räni valuplokkide lõikamisel kasutatud pikka aega, kuid selle rakendamine ränikarbiidi valdkonnas ei ole veel küps, praegu on saadaval mõned peamised tehnoloogiad.
2Vee{1}}juhitav laserlõikus
Veega juhitav lasertehnoloogia (Laser MicroJet, LMJ), tuntud ka kui laser-mikrojoatehnoloogia, toimib põhimõttel, et laserkiir fokusseeritakse düüsile, kui laser läbib rõhu{1}}moduleeritud veekambrit; düüsist väljub madala rõhuga veejuga-. Vee ja õhu kokkupuutepinnal moodustub murdumisnäitajate erinevuse tõttu valguslainejuht, mis võimaldab laseril levida mööda veevoolu suunda, saavutades seeläbi materjali pinna lõikamise kõrgsurve veejoa juhtimise kaudu. Vesijuhitavate laserite{6}}peamine eelis seisneb lõikekvaliteedis; veevool mitte ainult ei jahuta lõikepiirkonda, vähendades materjali termilist deformatsiooni ja kahjustusi, vaid viib minema ka töötlemisjäägid. Võrreldes traatsae lõikamisega on selle kiirus oluliselt suurenenud. Erinevate lainepikkuste neeldumine vees on aga erinev, piirates kasutatavad laseri lainepikkused peamiselt 1064 nm, 532 nm ja 355 nm. 1993. aastal pakkus esimest korda selle tehnoloogia välja Šveitsi teadlane Beruold Richerzhagen ja tema ettevõte Synova on spetsialiseerunud rahvusvahelisele vee tehnoloogilisele teadusuuringutele ja laseritööstusele4}. etapil, samas kui kodumaine tehnoloogia on suhteliselt maha jäänud ning ettevõtted nagu Inno Laser ja Shengguang Silicon Research arenevad aktiivselt.
03 Varjatud kuubikuteks lõikamine
Stealth Dicing (SD) hõlmab laseri fokuseerimist läbi ränikarbiidi pinna kiibi sisemusse, luues soovitud sügavusele modifitseeritud kihi, et saavutada vahvlite eraldamine. Kuna vahvli pinnal ei ole lõikeid, on võimalik saavutada suurem töötlemistäpsus. Nanosekundiliste impulsslaseritega SD-protsessi on tööstuses kasutatud räniplaatide eraldamiseks. Nanosekundiliste impulsslaserite poolt indutseeritud ränikarbiidi SD-töötluse käigus ilmnevad aga termilised efektid, kuna impulsi kestus on palju pikem kui elektronide ja fononite sidestusaeg ränikarbiidis (pikosekundite suurusjärgus). Vahvli kõrge soojussisend mitte ainult ei muuda eraldumist soovitud suunast, vaid tekitab ka märkimisväärset jääkpinget, mis põhjustab purunemisi ja halba lõhustumist. Seetõttu kasutatakse ränikarbiidi töötlemisel üldiselt üli-lühikese impulssiga laser-SD protsesse, mis vähendavad oluliselt termilisi mõjusid.
Jaapani ettevõte DISCO töötas 6 tollise läbimõõduga ja 20 mm paksuse ränikarbiidi kristallkangi töötlemise näitel välja laserlõiketehnoloogia nimega Key Amorphous{0}}Black Repetitive Absorption (KABRA), mis on suurendanud ränikarbiidist vahvlite tootmiskiirust neli korda. KABRA protsessi põhiolemus keskendub laseri ränikarbiidmaterjali sees, lagundades ränikarbiidi amorfseks räniks ja amorfseks süsinikuks "amorfse-musta korduva neeldumise" kaudu ning moodustades vahvli eralduspunktina kihi, nimelt musta kihi, mis hõlbustab valguse neelamist ja amorfsemat eraldamist. vahvel.
Infineoni soetatud Siltectra poolt välja töötatud külmjaotusega vahvlitehnoloogia ei võimalda mitte ainult jagada erinevat tüüpi valuplokke vahvliteks, vaid annab ka kaotuse kuni 80 μm vahvli kohta, vähendades materjalikadu 90%, alandades lõppkokkuvõttes seadmete tootmiskulusid kuni 30%. Külmlõiketehnoloogia hõlmab kahte etappi: esiteks tekitab laseriga kokkupuude valuplokile delaminatsioonikihi, mille tulemusena ränikarbiidmaterjali maht laieneb, mis tekitab tõmbepinget ja moodustab väga kitsa mikro{4}}prao kihi; seejärel töödeldakse need mikro{5}}praod polümeeri jahutamise käigus peamiseks praoks, mis lõpuks eraldab vahvli ülejäänud valuplokist. 2019. aastal mõõtis selle tehnoloogia kolmanda osapoole-hinnang, et poolitatud vahvlite pinnakaredus Ra oli alla 3 µm, kusjuures parimad tulemused olid alla 2 µm.
Kodumaise suure pere laserifirma välja töötatud modifitseeritud laserlõikus on lasertehnoloogia, mis eraldab pooljuhtplaadid üksikuteks kiipideks või teradeks. See protsess hõlmab ka vahvli sisemist skaneerimist täppis-laserkiirega, et moodustada modifitseeritud kiht, mis võimaldab vahvlil laieneda mööda laserskaneerimise teed rakendatud pinge all, saavutades täpse eraldumise.
Praegu on kodumaised tootjad omandanud ränikarbiidi mördiga lõikamise tehnoloogia, kuid lõikamiskadu on suur, efektiivsus madal ja reostus tõsine, mida järk-järgult asendab teemanttraadi lõikamise tehnoloogia. Samal ajal on laserlõikamise jõudluse ja tõhususe eelised silmapaistvad, pakkudes traditsiooniliste mehaaniliste kontaktitöötlustehnoloogiatega võrreldes palju eeliseid, sealhulgas kõrge töötlemise efektiivsus, kitsad viilutusteed ja suur laastutihedus, muutes selle tugevaks konkurendiks teemanttraadi lõikamise tehnoloogia asendamisel ja avades uue võimaluse järgmise -põlvkonna pooljuhtmaterjalide, nagu ränikarbiid, rakendamiseks. Tööstustehnoloogia arenguga suureneb ränikarbiidist substraatide suurus jätkuvalt ja ränikarbiidi lõikamise tehnoloogia areneb kiiresti; tõhus ja kvaliteetne-laserlõikamine on tulevikus ränikarbiidi lõikamise oluline trend.
