01 Εισαγωγή
Η κοπή σε κυβάκια της γκοφρέτας είναι ένα σημαντικό βήμα στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών. Η μέθοδος κοπής και η ποιότητα επηρεάζουν άμεσα το πάχος, την τραχύτητα, τις διαστάσεις και το κόστος παραγωγής της γκοφρέτας και έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην κατασκευή της συσκευής. Το καρβίδιο του πυριτίου, ως υλικό ημιαγωγών τρίτης- γενιάς, είναι ένα κρίσιμο υλικό για την προώθηση της ηλεκτρικής επανάστασης. Το κόστος παραγωγής του κρυσταλλικού καρβιδίου του πυριτίου υψηλής ποιότητας-είναι εξαιρετικά υψηλό και συχνά υπάρχει η επιθυμία να κοπεί μια μεγάλη ράβδος καρβιδίου του πυριτίου σε όσο το δυνατόν περισσότερα λεπτά υποστρώματα γκοφρέτας καρβιδίου του πυριτίου. Ταυτόχρονα, η βιομηχανική ανάπτυξη οδήγησε σε αύξηση του μεγέθους της γκοφρέτας, γεγονός που αυξάνει τις απαιτήσεις για διαδικασίες κοπής. Ωστόσο, το υλικό καρβιδίου του πυριτίου έχει εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα, με σκληρότητα Mohs 9,5, δεύτερο μόνο μετά το σκληρότερο διαμάντι στον κόσμο (10), και έχει επίσης την ευθραυστότητα των κρυστάλλων, καθιστώντας δύσκολη την κοπή. Επί του παρόντος, η βιομηχανία χρησιμοποιεί τυπικά κοπή σύρματος με πολτό ή κοπή συρμάτινου πριονιού διαμαντιού. Κατά τη διάρκεια της κοπής, ένα σταθερό συρμάτινο πριόνι τοποθετείται σε ίσα διαστήματα γύρω από τη ράβδο καρβιδίου του πυριτίου και τεντώνοντας το συρμάτινο πριόνι κόβονται οι γκοφρέτες καρβιδίου του πυριτίου. Η χρήση της μεθόδου συρμάτινου πριονιού για τον διαχωρισμό των γκοφρετών από ένα πλινθίο διαμέτρου 6-ιντσών διαρκεί περίπου 100 ώρες. Οι προκύπτουσες γκοφρέτες όχι μόνο έχουν σχετικά μεγάλο κόψιμο αλλά και μεγαλύτερη τραχύτητα επιφάνειας, που οδηγεί σε απώλειες υλικού έως και 46%. Αυτό αυξάνει το κόστος χρήσης υλικών καρβιδίου του πυριτίου και περιορίζει την ανάπτυξή του στη βιομηχανία ημιαγωγών, καθιστώντας επείγουσα την έρευνα για νέες τεχνολογίες κοπής για γκοφρέτες καρβιδίου του πυριτίου. Τα τελευταία χρόνια, η χρήση τεχνολογίας κοπής με λέιζερ γίνεται όλο και πιο δημοφιλής στην παραγωγή και επεξεργασία υλικών ημιαγωγών. Η αρχή αυτής της μεθόδου είναι η χρήση εστιασμένης δέσμης λέιζερ για την τροποποίηση του υποστρώματος από την επιφάνεια του υλικού ή εσωτερικά, διαχωρίζοντάς το έτσι. Επειδή αυτή είναι μια διαδικασία χωρίς επαφή, αποφεύγει τις επιπτώσεις της φθοράς του εργαλείου και τη μηχανική καταπόνηση. Ως εκ τούτου, βελτιώνει σημαντικά την τραχύτητα της επιφάνειας και την ακρίβεια της γκοφρέτας, εξαλείφει την ανάγκη για επακόλουθες διαδικασίες γυαλίσματος, μειώνει την απώλεια υλικού, μειώνει το κόστος και ελαχιστοποιεί την περιβαλλοντική ρύπανση που προκαλείται από τις παραδοσιακές διαδικασίες λείανσης και στίλβωσης. Η τεχνολογία κοπής με λέιζερ έχει εφαρμοστεί από καιρό στην κοπή πλινθωμάτων πυριτίου, αλλά η εφαρμογή της στον τομέα του καρβιδίου του πυριτίου δεν είναι ακόμη ώριμη, με μερικές κύριες τεχνολογίες που είναι διαθέσιμες αυτήν τη στιγμή.
2Κοπή με καθοδήγηση με λέιζερ με νερό
Η τεχνολογία καθοδηγούμενης λέιζερ με νερό-(Laser MicroJet, LMJ), επίσης γνωστή ως τεχνολογία μικροτζετ λέιζερ, λειτουργεί με βάση την αρχή της εστίασης μιας δέσμης λέιζερ σε ένα ακροφύσιο όταν το λέιζερ διέρχεται από έναν θάλαμο νερού που διαμορφώνεται-. ένα ρεύμα νερού χαμηλής-πίεσης εκτοξεύεται από το ακροφύσιο. Στη διεπιφάνεια νερού και αέρα, λόγω της διαφοράς των δεικτών διάθλασης, σχηματίζεται ένας φωτεινός κυματοδηγός, ο οποίος επιτρέπει στο λέιζερ να διαδίδεται κατά μήκος της κατεύθυνσης της ροής του νερού, επιτυγχάνοντας έτσι την κοπή της επιφάνειας του υλικού μέσω της καθοδήγησης πίδακα νερού υψηλής-πίεσης. Το κύριο πλεονέκτημα των καθοδηγούμενων λέιζερ με νερό- έγκειται στην ποιότητα κοπής. η ροή του νερού όχι μόνο ψύχει την περιοχή κοπής, μειώνοντας τη θερμική παραμόρφωση και τη ζημιά του υλικού, αλλά και απομακρύνει τα υπολείμματα επεξεργασίας. Σε σύγκριση με την κοπή συρμάτινου πριονιού, η ταχύτητά του είναι σημαντικά αυξημένη. Ωστόσο, η απορρόφηση διαφορετικών μηκών κύματος από το νερό ποικίλλει, περιορίζοντας τα μήκη κύματος λέιζερ που χρησιμοποιούνται κυρίως στα 1064 nm, 532 nm και 355 nm. Το 1993, ο Ελβετός επιστήμονας Beruold Richerzhagen πρότεινε για πρώτη φορά αυτήν την τεχνολογία και η εταιρεία του, Synova, εξειδικεύτηκε4}και οι βιομηχανικοί ηγέτες του νερού τεχνολογικά στη διεθνή σκηνή, ενώ η εγχώρια τεχνολογία είναι σχετικά πίσω, με εταιρείες όπως η Inno Laser και η Shengguang Silicon Research να αναπτύσσονται ενεργά.
03Stealth Dicing
Το Stealth Dicing (SD) περιλαμβάνει την εστίαση ενός λέιζερ μέσω της επιφάνειας του καρβιδίου του πυριτίου στο εσωτερικό του τσιπ, δημιουργώντας ένα τροποποιημένο στρώμα στο επιθυμητό βάθος για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός της γκοφρέτας. Καθώς δεν υπάρχουν κοψίματα στην επιφάνεια της γκοφρέτας, μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερη ακρίβεια επεξεργασίας. Η διαδικασία SD που χρησιμοποιεί παλμικά λέιζερ νανοδευτερόλεπτων έχει χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία για τον διαχωρισμό πλακών πυριτίου. Ωστόσο, κατά την επεξεργασία SD του καρβιδίου του πυριτίου που προκαλείται από παλμικά λέιζερ νανοδευτερόλεπτων, συμβαίνουν θερμικά φαινόμενα επειδή η διάρκεια του παλμού είναι πολύ μεγαλύτερη από τον χρόνο σύζευξης μεταξύ ηλεκτρονίων και φωνονίων στο καρβίδιο του πυριτίου (της τάξης των picoseconds). Η υψηλή θερμική είσοδος στη γκοφρέτα όχι μόνο κάνει τον διαχωρισμό να τείνει να αποκλίνει από την επιθυμητή κατεύθυνση, αλλά επίσης δημιουργεί σημαντική υπολειμματική τάση, που οδηγεί σε σπασίματα και κακή διάσπαση. Ως εκ τούτου, κατά την επεξεργασία του καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται γενικά οι διεργασίες υπερ-μικρών παλμών λέιζερ SD, μειώνοντας σημαντικά τις θερμικές επιδράσεις.
Η ιαπωνική εταιρεία DISCO έχει αναπτύξει μια τεχνολογία κοπής με λέιζερ που ονομάζεται Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA), χρησιμοποιώντας το παράδειγμα επεξεργασίας ενός κρυσταλλικού πλινθώματος καρβιδίου του πυριτίου με διάμετρο 6 ίντσες και πάχος 20 mm, το οποίο έχει αυξήσει τον ρυθμό παραγωγής γκοφρέτων καρβιδίου του πυριτίου τέσσερις φορές. Η ουσία της διαδικασίας KABRA εστιάζει το λέιζερ μέσα στο υλικό καρβιδίου του πυριτίου, αποσυνθέτοντας το καρβίδιο του πυριτίου σε άμορφο πυρίτιο και άμορφο άνθρακα μέσω «άμορφης-μαύρης επαναλαμβανόμενης απορρόφησης» και σχηματίζοντας ένα στρώμα ως σημείο διαχωρισμού για τη γκοφρέτα, δηλαδή την ευκολότερη απορρόφηση του φωτός, διευκολύνοντας έτσι το μαύρο άμορφο. γκοφρέτα.
Η τεχνολογία ψυχρής διαίρεσης γκοφρέτας που αναπτύχθηκε από τη Siltectra, που αποκτήθηκε από την Infineon, επιτρέπει όχι μόνο τη διαίρεση διαφόρων τύπων πλινθωμάτων σε γκοφρέτες, αλλά επίσης οδηγεί σε απώλεια μόλις 80μm ανά γκοφρέτα, μειώνοντας την απώλεια υλικού κατά 90%, μειώνοντας τελικά το συνολικό κόστος παραγωγής των συσκευών έως και 30%. Η τεχνολογία ψυχρής κοπής περιλαμβάνει δύο στάδια: πρώτον, η έκθεση με λέιζερ δημιουργεί ένα στρώμα αποκόλλησης στο πλινθίο, προκαλώντας διαστολή όγκου του υλικού καρβιδίου του πυριτίου, το οποίο δημιουργεί τάση εφελκυσμού και σχηματίζει ένα πολύ στενό στρώμα μικρο-ρωγμών. στη συνέχεια, μέσω ενός σταδίου ψύξης πολυμερούς, αυτές οι μικρο-ρωγμές επεξεργάζονται σε μια κύρια ρωγμή, διαχωρίζοντας τελικά τη γκοφρέτα από την υπόλοιπη ράβδο. Το 2019, μια αξιολόγηση από τρίτο- μέρους αυτής της τεχνολογίας μέτρησε ότι η τραχύτητα επιφάνειας Ra των σχιστών πλακιδίων ήταν μικρότερη από 3 μm, με τα καλύτερα αποτελέσματα να είναι κάτω από 2 μm.
Η τροποποιημένη κοπή λέιζερ που αναπτύχθηκε από μια εγχώρια μεγάλη οικογενειακή εταιρεία λέιζερ είναι μια τεχνολογία λέιζερ που διαχωρίζει τις γκοφρέτες ημιαγωγών σε μεμονωμένα τσιπ ή κόκκους. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει επίσης τη σάρωση της γκοφρέτας εσωτερικά με μια δέσμη λέιζερ ακριβείας για να σχηματιστεί ένα τροποποιημένο στρώμα, επιτρέποντας στη δισκοθήκη να επεκταθεί κατά μήκος της διαδρομής σάρωσης λέιζερ υπό εφαρμοζόμενη πίεση, επιτυγχάνοντας ακριβή διαχωρισμό.
Επί του παρόντος, οι εγχώριοι κατασκευαστές έχουν κατακτήσει την τεχνολογία κοπής καρβιδίου του πυριτίου με κονίαμα, αλλά η απώλεια κοπής είναι μεγάλη, η απόδοση είναι χαμηλή και η ρύπανση είναι σοβαρή, η οποία σταδιακά αντικαθίσταται από την τεχνολογία κοπής συρμάτων διαμαντιού. Ταυτόχρονα, τα πλεονεκτήματα απόδοσης και απόδοσης της κοπής με λέιζερ είναι εμφανή, προσφέροντας πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες επεξεργασίας μηχανικών επαφών, όπως υψηλή απόδοση επεξεργασίας, στενές διαδρομές κοπής και υψηλή πυκνότητα τσιπ, καθιστώντας την έναν ισχυρό ανταγωνιστή για την αντικατάσταση της τεχνολογίας κοπής συρμάτων διαμαντιού και ανοίγοντας μια νέα λεωφόρο για την εφαρμογή υλικών siduline Με την ανάπτυξη της βιομηχανικής τεχνολογίας, το μέγεθος των υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου συνεχίζει να αυξάνεται και η τεχνολογία κοπής καρβιδίου του πυριτίου θα αναπτυχθεί γρήγορα. Η αποτελεσματική και υψηλής ποιότητας κοπή με λέιζερ-θα είναι μια σημαντική τάση στην κοπή καρβιδίου του πυριτίου στο μέλλον.
