Analyse wichtiger Laserparameter für GaAs Stealth Dicing

Die theoretische Analyse der Laserparameter ist für das Prozessanforderungsprogramm und die technischen Anforderungen von entscheidender Bedeutung. Das unsichtbare Schneiden sollte auf den Eigenschaften des Wafermaterials basieren, um die geeignete Laserwellenlänge auszuwählen, damit der Laser durch die Waferoberflächenschicht übertragen werden kann und einen Brennpunkt bildet innerhalb des Wafers (die sogenannte semitransparente Wellenlänge). Die Hauptbedingung besteht darin, dass die Laserphotonenenergie kleiner ist als die Absorptionsbandlücke des GaAs-Materials, das optisch transparente Eigenschaften aufweist. Erst wenn die Photonen nicht oder nur in geringem Umfang vom Material absorbiert werden, weist die Optik transparente Eigenschaften auf. Die Photonenabsorption kann dazu führen, dass sich Elektronen zwischen den Sprüngen in unterschiedlichen Zuständen befinden, sodass die Elektronen vom niedrigen Energieniveau auf das hohe Energieniveau springen. Die Stärke der Lichtenergieabsorption in Halbleitern wird üblicherweise durch den Absorptionskoeffizienten beschrieben. Unter der Annahme einer Lichtintensität von I(x) und eines Absorptionskoeffizienten von (in cm-1) pro Distanzeinheit beträgt die absorbierte Energie in dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Dann kann die interne Lichtintensität des Halbleiters ausgedrückt werden als I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
wobei der Absorptionskoeffizient eine Funktion der Lichtenergie ist und die Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von der Lichtenergie (Wellenlänge, Wellenzahl oder Frequenz) als Absorptionsspektrum bezeichnet wird. Abbildung 1 zeigt die Absorptionsspektren gängiger Halbleitermaterialien (z. B. Si, Ge, GaAs usw.), wobei der Absorptionskoeffizient von GaAs in der Nähe von 0,87 μm aufgrund der Absorption eine drastische Änderung erfährt Photonenenergie durch die Träger von GaAs, so dass sie durch einen Sprung vom niedrigen Energieniveau auf das hohe Energieniveau erzeugt wird. In diesem Zusammenhang kann ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von weniger als 0,87 μm einen GaAs-Wafer nicht durchdringen, während eine Wellenlänge von mehr als 0,87 μm durch GaAs hindurchtreten kann. Diese Wellenlänge ist die langwellige Grenze von λ0 für GaAs-Materialien.

Die Wellenlänge des Lichts, die der langwelligen Grenze λ0 entspricht, bestimmt die minimale Photonenenergie, die in Halbleitern eine intrinsische Absorption verursachen kann, und es gibt eine Frequenzgrenze v 0, die der Frequenz entspricht. Wenn die Frequenz niedriger als v 0 ist (oder die Wellenlänge länger als λ0 ist), ist es unmöglich, eine intrinsische Absorption zu erzeugen, und der Absorptionskoeffizient nimmt schnell ab, und diese Wellenlänge λ{{5} } (oder die Frequenzgrenze v 0) wird als intrinsische Absorptionsgrenze von Halbleitern bezeichnet.
Die Wellenlänge der Lichtwelle, bei der intrinsische Absorption auftreten kann, ist kleiner oder gleich der verbotenen Bandbreite, das heißt:
hν{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Wobei: ZB ist die verbotene Bandbreite von Halbleitermaterialien; h ist Plancks Konstante; c ist die Lichtgeschwindigkeit. Ersatz kann erhalten werden:
λ0=1.24/Eg (4)
Die Berechnung kann für die dreidimensionale Integration des Si-Langwellengrenzwerts λ0 ≈ 1,1 μm und des GaAs-Langwellengrenzwerts λ0 ≈ 0.867 μm erfolgen Obwohl die Dicke des Wafers, die Zusammensetzung der Verunreinigungen und sein Gehalt an Faktoren wie der spektralen Absorption einen Einfluss darauf haben, absorbiert das GaAs-Material hauptsächlich Wellenlängen von 0,87 μm oder weniger, einschließlich Wellenlängen im nahen Ultraviolettbereich des Lichts und der nahen Infrarotwellenlängen des längeren Lichts. Die Durchlassrate ist für die längeren Wellenlängen des nahen Infrarotlichts besser. Daher wird beim Stealth-Schneiden von Wafern aus GaAs-Material normalerweise die Wellenlänge eines 1064-nm-Infrarotlasers gewählt (Laser-Vollschnitt wählt im Allgemeinen einen Ultraviolettlaser); Beim Stealth-Schneiden von Wafern aus Si-Material wird normalerweise die Wellenlänge eines Infrarotlasers mit 1342 nm gewählt, so dass das Laserlicht durch die Oberfläche des Wafers in die Fokussierlinse gelangt, z. B. die Rolle der optischen Institutionen, der Wafer in der Mitte des oberen und unteren Oberflächen des Wafers zwischen der Oberfläche der Fokussierung des wählbaren. Gleichzeitig soll die Einfallsfläche und der Laserfokus zwischen der Materialschicht des Laserabsorptionseffekts so weit wie möglich reduziert werden.
Beim GaAs-Stealth-Dicing wird ein ultrakurz gepulster Infrarotlaserstrahl mit hoher Wiederholungsfrequenz, einer Laserleistung von mehr als 5 W und einer Impulsbreitenzeit von weniger als 100 ns ausgewählt, um die Laserabsorptionsenergie auf den Schwellenwert zu komprimieren und so einen wünschenswerteren Effekt zu erzielen der Modifikationsschicht und zur Kontrolle des Wärmeeinflussbereichs. Der Absorptionskoeffizient steigt tatsächlich exponentiell mit steigender Temperatur. Daher ist auch der Impulsbreitenparameter sehr kritisch: Er darf nicht zu klein sein, um sicherzustellen, dass im Fokusbereich genügend Energie absorbiert wird, um die modifizierte Schicht zu bilden, und er darf nicht zu groß sein, damit die Temperatur des Bereichs um die modifizierte Schicht zu hoch wird . Abbildung 2(a) zeigt die GaAs-Wafer-Probe nach dem unsichtbaren Schneiden, und Abbildung 2(b) zeigt den Schnittabschnitt der GaAs-Wafer-Probe nach dem unsichtbaren Schneiden mit dem Mikroskop, was zeigt, dass entlang der Dickenrichtung der 100 μm dicken Probe a In der Mittelschicht des Wafers bildet sich eine wenige Mikrometer breite und 30 µm dicke Modifikationsschicht. In Abb. 16(b) ist eine vertikale Risslinie zu erkennen, die sich von der Ober- und Unterseite der SD-Schicht bis zur Vorder- und Rückseite des Chips erstreckt. Der Effekt der Spantrennung hängt stark davon ab, wie weit dieser vertikale Riss bis zur Vorder- und Rückseite des Spans reicht.