01 Ievads
Vafeļu griešana ir svarīgs solis pusvadītāju ierīču ražošanā. Griešanas metode un kvalitāte tieši ietekmē vafeles biezumu, raupjumu, izmērus un ražošanas izmaksas, kā arī būtiski ietekmē ierīces ražošanu. Silīcija karbīds kā trešās-paaudzes pusvadītāju materiāls ir būtisks materiāls elektriskās revolūcijas veicināšanā. Augstas-kvalitātes kristāliskā silīcija karbīda ražošanas izmaksas ir ārkārtīgi augstas, un bieži vien ir vēlme sagriezt lielu silīcija karbīda lietni pēc iespējas vairāk plānās silīcija karbīda vafeļu substrātos. Tajā pašā laikā rūpniecības attīstība ir izraisījusi vafeļu izmēra palielināšanos, kas palielina prasības griešanas procesiem. Tomēr silīcija karbīda materiālam ir ārkārtīgi augsta cietība, ar Mosa cietību 9,5, kas ir tikai otrais pēc cietākā dimanta pasaulē (10), un tam piemīt arī kristālu trauslums, kas apgrūtina griešanu. Pašlaik nozarē parasti tiek izmantota vircas stiepļu griešana vai dimanta stiepļu zāģēšana. Griešanas laikā ap silīcija karbīda lietni vienādos intervālos tiek novietots fiksēts stiepļu zāģis, un, nospriegojot stieples zāģi, tiek izgrieztas silīcija karbīda vafeles. Izmantojot stiepļu zāģēšanas metodi, lai atdalītu vafeles no 6 collu diametra lietņa, nepieciešamas aptuveni 100 stundas. Iegūtajām vafelēm ir ne tikai salīdzinoši liels griezums, bet arī lielāks virsmas raupjums, kā rezultātā materiāla zudumi sasniedz pat 46%. Tas palielina silīcija karbīda materiālu izmantošanas izmaksas un ierobežo tā attīstību pusvadītāju nozarē, padarot steidzamu jaunu silīcija karbīda plātņu griešanas tehnoloģiju izpēti.Pēdējos gados lāzergriešanas tehnoloģiju izmantošana ir kļuvusi arvien populārāka pusvadītāju materiālu ražošanā un apstrādē. Šīs metodes princips ir izmantot fokusētu lāzera staru, lai modificētu substrātu no materiāla virsmas vai iekšpuses, tādējādi atdalot to. Tā kā šis ir bezkontakta process, tas ļauj izvairīties no instrumenta nodiluma un mehāniskās slodzes. Tāpēc tas ievērojami uzlabo vafeles virsmas raupjumu un precizitāti, novērš nepieciešamību pēc turpmākiem pulēšanas procesiem, samazina materiālu zudumus, samazina izmaksas un samazina vides piesārņojumu, ko izraisa tradicionālie slīpēšanas un pulēšanas procesi. Lāzergriešanas tehnoloģija jau sen ir izmantota silīcija lietņu griešanai, taču tās pielietojums silīcija karbīda jomā joprojām nav nobriedis, jo pašlaik ir pieejamas dažas galvenās tehnoloģijas.
2Lāzergriešana ar ūdeni{1}}vadāmu
Ūdens{0}}vadāmā lāzera tehnoloģija (Laser MicroJet, LMJ), kas pazīstama arī kā lāzera mikrostrūklas tehnoloģija, darbojas pēc principa, ka lāzera stars tiek fokusēts uz sprauslu, kad lāzers iet caur spiediena{1}}modulētu ūdens kameru; no sprauslas tiek izvadīta zema-spiediena ūdens strūkla. Ūdens un gaisa saskarnē refrakcijas koeficientu atšķirību dēļ veidojas gaismas viļņvads, kas ļauj lāzeram izplatīties ūdens plūsmas virzienā, tādējādi panākot materiāla virsmas sagriešanu, izmantojot augsta spiediena ūdens strūklas vadību. Ar ūdeni{6}}vadāmo lāzeru galvenā priekšrocība ir griešanas kvalitāte; ūdens plūsma ne tikai atdzesē griešanas zonu, samazinot materiāla termisko deformāciju un bojājumus, bet arī aiznes apstrādes gružus. Salīdzinot ar stiepļu zāģa griešanu, tā ātrums ir ievērojami palielināts. Tomēr dažādu viļņu garumu ūdens absorbcija atšķiras, ierobežojot galvenokārt izmantotos lāzera viļņu garumus līdz 1064 nm, 532 nm un 355 nm. 1993. gadā Šveices zinātnieks Beruolds Ričeržagens pirmo reizi ierosināja šo tehnoloģiju, un viņa uzņēmums Synova specializējas starptautiskajā ūdens tehnoloģiskajā izpētē un lāzeru rūpniecībā}. stadijā, savukārt vietējās tehnoloģijas ir salīdzinoši atpalikušas, aktīvi attīstās tādi uzņēmumi kā Inno Laser un Shengguang Silicon Research.
03Slepenā kauliņu griešana
Stealth Dicing (SD) ietver lāzera fokusēšanu caur silīcija karbīda virsmu mikroshēmas iekšpusē, izveidojot modificētu slāni vēlamajā dziļumā, lai panāktu vafeļu atdalīšanu. Tā kā vafeles virsmā nav iegriezumu, var sasniegt augstāku apstrādes precizitāti. SD process, izmantojot nanosekundes impulsu lāzerus, ir izmantots rūpniecībā silīcija plākšņu atdalīšanai. Tomēr silīcija karbīda SD apstrādes laikā, ko izraisa nanosekundes impulsu lāzeri, rodas termiskie efekti, jo impulsa ilgums ir daudz ilgāks nekā savienojuma laiks starp elektroniem un fononiem silīcija karbīdā (pikosekundēs). Lielā siltuma jauda plāksnei ne tikai liek atdalīšanai novirzīties no vēlamā virziena, bet arī rada ievērojamu atlikušo spriegumu, kas izraisa lūzumus un sliktu šķelšanos. Tāpēc silīcija karbīda apstrādē parasti izmanto ultra-īsu impulsu lāzera SD procesus, kas ievērojami samazina termisko efektu.
Japānas uzņēmums DISCO ir izstrādājis lāzergriešanas tehnoloģiju ar nosaukumu Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA), izmantojot silīcija karbīda kristāla lietņa ar 6 collu diametru un 20 mm biezumu apstrādi, kas ir palielinājusi silīcija karbīda vafeļu ražošanas ātrumu četras reizes. KABRA procesa būtība fokusē lāzeru silīcija karbīda materiālā, sadalot silīcija karbīdu amorfā silīcijā un amorfā oglekli, izmantojot "amorfo-melno atkārtoto absorbciju", un veido slāni kā plāksnītes atdalīšanas punktu, proti, melno slāni, kas viegli absorbē gaismu, tādējādi vairāk absorbējot gaismu. vafele.
Siltectra izstrādātā aukstā sadalīšanas vafeļu tehnoloģija, ko iegādājās Infineon, ne tikai ļauj sadalīt dažāda veida lietņus plāksnēs, bet arī rada tikai 80 μm lielus zudumus katrai plāksnei, samazinot materiālu zudumus par 90%, galu galā samazinot ierīču kopējās ražošanas izmaksas līdz pat 30%. Aukstās griešanas tehnoloģija ietver divus posmus: pirmkārt, lāzera iedarbība uz lietņa rada atslāņošanās slāni, izraisot silīcija karbīda materiāla apjoma izplešanos, kas rada stiepes spriegumu un veido ļoti šauru mikro{4}plaisu slāni; pēc tam polimēra dzesēšanas posmā šīs mikro{5}}plaisas tiek pārveidotas par galveno plaisu, galu galā atdalot plaisu no atlikušā lietņa. 2019. gadā trešās puses veiktajā šīs tehnoloģijas novērtējumā{8}} tika noteikts, ka sadalīto plātņu virsmas raupjums Ra bija mazāks par 3 µm, bet labākie rezultāti ir mazāki par 2 µm.
Modificētā lāzergriešana, ko izstrādājusi vietējā liela ģimenes lāzeru kompānija, ir lāzera tehnoloģija, kas sadala pusvadītāju vafeles atsevišķās mikroshēmās vai graudos. Šis process ietver arī vafeles iekšējo skenēšanu ar precīzu lāzera staru, lai izveidotu modificētu slāni, ļaujot vafelei izplesties pa lāzera skenēšanas ceļu pie pielietotā sprieguma, panākot precīzu atdalīšanu.
Pašlaik vietējie ražotāji ir apguvuši silīcija karbīda griešanas tehnoloģiju ar javu, taču griešanas zudumi ir lieli, efektivitāte ir zema un piesārņojums ir smags, ko pakāpeniski aizstāj ar dimanta stiepļu griešanas tehnoloģiju. Tajā pašā laikā lāzergriešanas veiktspējas un efektivitātes priekšrocības ir ievērojamas, piedāvājot daudzas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām mehāniskās kontaktu apstrādes tehnoloģijām, tostarp augstu apstrādes efektivitāti, šauru griešanas ceļu un augstu skaidu blīvumu, padarot to par spēcīgu konkurentu dimanta stiepļu griešanas tehnoloģijas aizstāšanā un paverot jaunu ceļu nākamās-paaudzes pusvadītāju materiālu, piemēram, silīcija karbīda, izmantošanai. Attīstoties rūpnieciskajām tehnoloģijām, silīcija karbīda substrātu izmērs turpina palielināties, un silīcija karbīda griešanas tehnoloģija strauji attīstīsies; efektīva un kvalitatīva-lāzergriešana nākotnē būs nozīmīga silīcija karbīda griešanas tendence.
