01
pengenalan
Pemotongan wafer adalah bahagian penting dalam pembuatan peranti semikonduktor. Kaedah dan kualiti potong dadu secara langsung mempengaruhi ketebalan, kekasaran, dimensi dan kos pengeluaran wafer, dan mempunyai kesan yang ketara pada fabrikasi peranti. Silikon karbida, sebagai-bahan semikonduktor generasi ketiga, ialah bahan penting yang memacu revolusi elektrik. Kos pengeluaran silikon karbida kristal berkualiti tinggi-terlalu tinggi dan orang ramai biasanya berharap untuk memotong jongkong silikon karbida yang besar kepada sebanyak mungkin substrat wafer silikon karbida nipis. Pada masa yang sama, pertumbuhan industri telah membawa kepada saiz wafer yang semakin besar, yang telah meningkatkan keperluan untuk proses dadu. Walau bagaimanapun, silikon karbida sangat keras, dengan kekerasan Mohs 9.5, kedua selepas berlian (10), dan ia juga rapuh, menjadikannya sukar untuk dipotong. Pada masa ini, kaedah perindustrian umumnya menggunakan penggergajian dawai buburan atau penggergajian dawai berlian. Semasa pemotongan, gergaji wayar tetap yang sama jaraknya diletakkan di sekeliling jongkong silikon karbida, dan jongkong dipotong menggunakan gergaji dawai yang diregangkan. Menggunakan kaedah gergaji dawai, mengasingkan wafer daripada jongkong berdiameter 6 inci mengambil masa kira-kira 100 jam. Wafer yang dihasilkan mempunyai kerf yang agak lebar, permukaan yang lebih kasar, dan kehilangan bahan setinggi 46%. Ini meningkatkan kos penggunaan bahan silikon karbida dan mengehadkan pembangunan mereka dalam industri semikonduktor, menonjolkan keperluan mendesak untuk penyelidikan ke dalam teknologi pemotongan wafer silikon karbida baharu.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penggunaan teknologi pemotongan laser telah menjadi semakin popular dalam pembuatan bahan semikonduktor. Kaedah ini berfungsi dengan menggunakan pancaran laser terfokus untuk mengubah suai permukaan atau dalaman bahan, dengan itu memisahkannya. Sebagai proses tanpa-sentuh, ia mengelakkan kehausan alatan dan tekanan mekanikal. Oleh itu, ia sangat meningkatkan kekasaran dan ketepatan permukaan wafer, menghapuskan keperluan untuk proses penggilapan seterusnya, mengurangkan kehilangan bahan, mengurangkan kos, dan meminimumkan pencemaran alam sekitar yang disebabkan oleh pengisaran dan penggilapan tradisional. Teknologi pemotongan laser telah lama digunakan untuk dadu jongkong silikon, tetapi penggunaannya dalam bidang karbida silikon masih belum matang. Pada masa ini, terdapat beberapa teknik utama.
02
Air-Pemotongan Laser Berpandu
Teknologi laser berpandukan{0}}air (Laser MicroJet, LMJ), juga dikenali sebagai teknologi jet mikro-laser, beroperasi pada prinsip memfokuskan pancaran laser pada muncung semasa ia melalui ruang air termodulat-tekanan. Pancutan air-bertekanan rendah dikeluarkan daripada muncung, dan disebabkan oleh perbezaan indeks biasan pada antara muka-air, pandu gelombang cahaya terbentuk, membenarkan laser merambat sepanjang arah aliran air. Ini memandu pancutan air-tinggi untuk memproses dan memotong permukaan bahan. Kelebihan utama pemotongan laser-air terletak pada kualiti pemotongannya. Aliran air bukan sahaja menyejukkan kawasan pemotongan, mengurangkan ubah bentuk haba dan kerosakan haba pada bahan, tetapi juga menghilangkan serpihan pemprosesan. Berbanding dengan pemotongan gergaji dawai, ia adalah lebih pantas. Walau bagaimanapun, kerana air menyerap panjang gelombang laser yang berbeza kepada darjah yang berbeza-beza, panjang gelombang laser adalah terhad, terutamanya kepada 1064 nm, 532 nm, dan 355 nm.
Pada tahun 1993, saintis Switzerland Beruold Richerzhagen pertama kali mencadangkan teknologi ini. Beliau mengasaskan Synova, sebuah syarikat yang berdedikasi untuk penyelidikan, pembangunan dan pengkomersialan-teknologi laser berpandukan air, yang berada di barisan hadapan di peringkat antarabangsa. Teknologi domestik agak ketinggalan, tetapi syarikat seperti Innolight dan Shengguang Silicon Research sedang giat membangunkannya.
03
Stealth Dicing
Stealth Dicing (SD) ialah teknik di mana laser difokuskan di dalam wafer silikon karbida melalui permukaannya untuk membentuk lapisan yang diubah suai pada kedalaman yang dikehendaki, membolehkan pemisahan wafer. Oleh kerana tiada luka pada permukaan wafer, ketepatan pemprosesan yang lebih tinggi boleh dicapai. Proses SD dengan laser denyut nanosaat telah digunakan secara industri untuk mengasingkan wafer silikon. Walau bagaimanapun, semasa pemprosesan SD silikon karbida yang disebabkan oleh laser nadi nanosaat, tempoh nadi adalah lebih lama daripada masa gandingan antara elektron dan fonon dalam silikon karbida (pada skala picosecond), mengakibatkan kesan haba. Input haba yang tinggi pada wafer bukan sahaja menjadikan pengasingan terdedah kepada menyimpang dari arah yang dikehendaki tetapi juga menjana tegasan sisa yang ketara, yang membawa kepada keretakan dan belahan yang lemah. Oleh itu, apabila memproses silikon karbida, proses SD biasanya menggunakan laser nadi ultrashort, yang sangat mengurangkan kesan haba.
Syarikat Jepun DISCO telah membangunkan teknologi pemotongan laser yang dipanggil Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA). Contohnya, dalam memproses jongkong karbida silikon berdiameter 6-inci, 20 mm tebal, ia meningkatkan produktiviti wafer silikon karbida empat kali ganda. Proses KABRA pada asasnya memfokuskan laser di dalam bahan silikon karbida. Melalui 'penyerapan berulang amorfus-hitam,' silikon karbida diuraikan kepada silikon amorf dan karbon amorfus, membentuk lapisan yang berfungsi sebagai titik pemisah wafer, dikenali sebagai lapisan amorfus hitam, yang menyerap lebih banyak cahaya, menjadikannya lebih mudah untuk memisahkan wafer.
Teknologi wafer Cold Split yang dibangunkan oleh Siltectra, yang diperoleh oleh Infineon, bukan sahaja boleh membahagikan pelbagai jenis jongkong kepada wafer tetapi juga mengurangkan kehilangan bahan sehingga 90%, dengan setiap wafer kehilangan hanya 80µm, akhirnya mengurangkan jumlah kos pengeluaran peranti sehingga 30%. Teknologi Cold Split melibatkan dua langkah: pertama, laser menyinari jongkong untuk mencipta lapisan delaminasi, menyebabkan pengembangan isipadu dalaman dalam bahan silikon karbida, yang menjana tegasan tegangan dan membentuk retakan mikro-yang sangat sempit; kemudian, langkah penyejukan polimer menjadikan retakan mikro-ke dalam retak utama, akhirnya memisahkan wafer daripada jongkong yang tinggal. Pada tahun 2019, pihak ketiga menilai teknologi ini dan mengukur kekasaran permukaan Ra bagi wafer terbelah menjadi kurang daripada 3µm, dengan hasil terbaik adalah kurang daripada 2µm.
Dicing laser yang diubah suai yang dibangunkan oleh syarikat China Han's Laser ialah teknologi laser yang digunakan untuk memisahkan wafer semikonduktor kepada cip individu atau die. Proses ini juga menggunakan pancaran laser yang tepat untuk mengimbas dan membentuk lapisan yang diubah suai di dalam wafer, membolehkan wafer retak di sepanjang laluan imbasan laser di bawah tekanan yang dikenakan, mencapai pemisahan yang tepat.
Rajah 5. Aliran Proses Dicing Laser Terubahsuai
Pada masa ini, pengeluar domestik telah menguasai-teknologi dadu silikon karbida berasaskan buburan. Walau bagaimanapun, pemotongan buburan mempunyai kehilangan bahan yang tinggi, kecekapan rendah, dan pencemaran yang teruk, dan secara beransur-ansur digantikan oleh teknologi dadu dawai berlian. Pada masa yang sama, pemotongan laser menonjol kerana kelebihan prestasi dan kecekapannya. Berbanding dengan teknologi pemprosesan sentuhan mekanikal tradisional, ia menawarkan banyak faedah, termasuk kecekapan pemprosesan yang tinggi, garisan pentulis sempit dan ketumpatan kerf yang tinggi, menjadikannya pesaing yang kuat untuk menggantikan dadu dawai berlian. Ia membuka laluan baharu untuk penggunaan-bahan semikonduktor generasi seterusnya seperti silikon karbida. Dengan kemajuan teknologi perindustrian dan peningkatan berterusan dalam saiz substrat silikon karbida, teknologi dadu silikon karbida akan berkembang pesat, dan potong dadu laser-berkualiti tinggi yang cekap akan menjadi trend penting untuk pemotongan silikon karbida pada masa hadapan.
