01Pengenalan
Pemotongan wafer merupakan langkah penting dalam pembuatan peranti semikonduktor. Kaedah pemotongan dan kualiti secara langsung memberi kesan kepada ketebalan, kekasaran, dimensi dan kos pengeluaran wafer, dan mempunyai kesan yang ketara ke atas pembuatan peranti. Silikon karbida, sebagai-bahan semikonduktor generasi ketiga, ialah bahan penting untuk menggalakkan revolusi elektrik. Kos pengeluaran silikon karbida kristal berkualiti tinggi-terlalu tinggi, dan selalunya terdapat keinginan untuk memotong jongkong silikon karbida yang besar kepada sebanyak mungkin substrat wafer silikon karbida nipis. Pada masa yang sama, pembangunan perindustrian telah membawa kepada peningkatan saiz wafer, yang meningkatkan permintaan untuk proses pemotongan. Walau bagaimanapun, bahan silikon karbida mempunyai kekerasan yang sangat tinggi, dengan kekerasan Mohs 9.5, kedua selepas berlian paling keras di dunia (10), dan ia juga mempunyai kerapuhan kristal, menjadikannya sukar untuk dipotong. Pada masa ini, industri biasanya menggunakan pemotongan dawai buburan atau pemotongan gergaji dawai berlian. Semasa pemotongan, gergaji wayar tetap diletakkan pada jarak yang sama di sekeliling jongkong karbida silikon, dan dengan menegangkan gergaji dawai, wafer silikon karbida dipotong. Menggunakan kaedah gergaji dawai untuk memisahkan wafer daripada jongkong berdiameter 6-inci mengambil masa kira-kira 100 jam. Wafer yang terhasil bukan sahaja mempunyai potongan yang agak besar tetapi juga kekasaran permukaan yang lebih besar, yang membawa kepada kehilangan bahan setinggi 46%. Ini meningkatkan kos penggunaan bahan silikon karbida dan menyekat pembangunannya dalam industri semikonduktor, menjadikan penyelidikan ke dalam teknologi pemotongan baharu untuk wafer silikon karbida segera.Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penggunaan teknologi pemotongan laser telah menjadi semakin popular dalam pengeluaran dan pemprosesan bahan semikonduktor. Prinsip kaedah ini adalah menggunakan pancaran laser terfokus untuk mengubah suai substrat dari permukaan bahan atau dalaman, dengan itu memisahkannya. Kerana ini adalah proses bukan sentuhan, ia mengelakkan kesan haus alatan dan tekanan mekanikal. Oleh itu, ia sangat meningkatkan kekasaran permukaan dan ketepatan wafer, menghapuskan keperluan untuk proses penggilapan seterusnya, mengurangkan kehilangan bahan, mengurangkan kos, dan meminimumkan pencemaran alam sekitar yang disebabkan oleh proses pengisaran dan penggilapan tradisional. Teknologi pemotongan laser telah lama digunakan untuk pemotongan jongkong silikon, tetapi penggunaannya dalam medan silikon karbida masih belum matang, dengan beberapa teknologi utama yang tersedia pada masa ini.
2Pemotongan laser-air
Teknologi laser berpandukan air-(Laser MicroJet, LMJ), juga dikenali sebagai teknologi microjet laser, beroperasi pada prinsip memfokuskan pancaran laser pada muncung apabila laser melalui ruang air termodulat-tekanan; aliran air-bertekanan rendah dikeluarkan daripada muncung. Pada antara muka air dan udara, disebabkan oleh perbezaan dalam indeks biasan, pandu gelombang cahaya terbentuk, membenarkan laser merambat sepanjang arah aliran air, dengan itu mencapai pemotongan permukaan bahan melalui-panduan jet air bertekanan tinggi. Kelebihan utama laser berpandu-air terletak pada kualiti pemotongan; aliran air bukan sahaja menyejukkan kawasan pemotongan, mengurangkan ubah bentuk haba bahan dan kerosakan, tetapi juga membawa pergi serpihan pemprosesan. Berbanding dengan pemotongan gergaji dawai, kelajuannya meningkat dengan ketara. Walau bagaimanapun, penyerapan panjang gelombang yang berbeza oleh air berbeza-beza, mengehadkan panjang gelombang laser yang digunakan terutamanya kepada 1064nm, 532nm, dan 355nm. Pada tahun 1993, saintis Switzerland Beruold Richerzhagen mula-mula mencadangkan teknologi ini, dan syarikatnya, Synova, mengkhususkan diri dalam{{14} teknologi laser terulung dalam penyelidikan dan perindustrian air. peringkat antarabangsa, manakala teknologi domestik agak ketinggalan, dengan syarikat seperti Inno Laser dan Shengguang Silicon Research sedang giat membangun.
03Stealth Dicing
Stealth Dicing (SD) melibatkan memfokuskan laser melalui permukaan silikon karbida ke dalam bahagian dalam cip, mencipta lapisan yang diubah suai pada kedalaman yang dikehendaki untuk mencapai pemisahan wafer. Oleh kerana tiada luka pada permukaan wafer, ketepatan pemprosesan yang lebih tinggi boleh dicapai. Proses SD menggunakan laser denyut nanosaat telah digunakan dalam industri untuk mengasingkan wafer silikon. Walau bagaimanapun, semasa pemprosesan SD silikon karbida yang disebabkan oleh laser berdenyut nanosaat, kesan haba berlaku kerana tempoh nadi adalah lebih lama daripada masa gandingan antara elektron dan fonon dalam silikon karbida (mengikut urutan picosaat). Input haba yang tinggi kepada wafer bukan sahaja menjadikan pemisahan cenderung menyimpang dari arah yang dikehendaki, tetapi juga menjana tegasan sisa yang ketara, yang membawa kepada keretakan dan belahan yang lemah. Oleh itu, proses SD laser nadi pendek ultra-secara amnya digunakan semasa memproses silikon karbida, dengan banyak mengurangkan kesan terma.
Syarikat Jepun DISCO telah membangunkan teknologi pemotongan laser yang dipanggil Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA), menggunakan contoh pemprosesan jongkong kristal karbida silikon dengan diameter 6 inci dan ketebalan 20 mm, yang telah meningkatkan kadar pengeluaran wafer silikon karbida sebanyak empat kali ganda. Intipati proses KABRA memfokuskan laser di dalam bahan silikon karbida, menguraikan silikon karbida menjadi silikon amorf dan karbon amorf melalui 'amorf-penyerapan berulang hitam', dan membentuk lapisan sebagai titik pemisah untuk wafer, iaitu lapisan amorf hitam, yang menyerap lebih banyak cahaya wafer, dengan itu sepacilitating yang mudah.
Teknologi wafer split sejuk yang dibangunkan oleh Siltectra, yang diperoleh oleh Infineon, bukan sahaja membenarkan pelbagai jenis jongkong dibahagikan kepada wafer tetapi juga mengakibatkan kerugian sekecil 80μm setiap wafer, mengurangkan kehilangan bahan sebanyak 90%, akhirnya mengurangkan jumlah kos pengeluaran peranti sehingga 30%. Teknologi pemotongan sejuk melibatkan dua peringkat: pertama, pendedahan laser mencipta lapisan delaminasi pada jongkong, menyebabkan bahan silikon karbida mengembang dalam jumlah, yang menghasilkan tegasan tegangan dan membentuk lapisan retakan-mikro yang sangat sempit; kemudian, melalui langkah penyejukan polimer, retakan mikro-ini diproses menjadi retakan utama, akhirnya memisahkan wafer daripada jongkong yang tinggal. Pada tahun 2019, penilaian-pihak ketiga bagi teknologi ini mengukur bahawa kekasaran permukaan Ra bagi wafer terbelah adalah kurang daripada 3µm, dengan hasil terbaik adalah di bawah 2µm.
Pemotongan laser diubah suai yang dibangunkan oleh syarikat laser keluarga besar domestik ialah teknologi laser yang memisahkan wafer semikonduktor kepada cip atau bijirin individu. Proses ini juga melibatkan pengimbasan wafer secara dalaman dengan pancaran laser ketepatan untuk membentuk lapisan yang diubah suai, membolehkan wafer berkembang di sepanjang laluan pengimbasan laser di bawah tekanan yang dikenakan, mencapai pemisahan yang tepat.
Pada masa ini, pengeluar domestik telah menguasai teknologi memotong silikon karbida dengan mortar, tetapi kehilangan pemotongan adalah besar, kecekapan rendah, dan pencemaran teruk, yang secara beransur-ansur digantikan oleh teknologi pemotongan wayar berlian. Pada masa yang sama, kelebihan prestasi dan kecekapan pemotongan laser adalah menonjol, menawarkan banyak kelebihan berbanding teknologi pemprosesan sentuhan mekanikal tradisional, termasuk kecekapan pemprosesan yang tinggi, laluan penghirisan sempit dan ketumpatan cip yang tinggi, menjadikannya pesaing yang kuat untuk menggantikan teknologi pemotongan wayar berlian dan membuka jalan baharu untuk aplikasi-bahan semikonduktor generasi akan datang seperti silikon karbida. Dengan perkembangan teknologi perindustrian, saiz substrat silikon karbida terus meningkat, dan teknologi pemotongan karbida silikon akan berkembang pesat; pemotongan laser yang cekap dan{3}}berkualiti tinggi akan menjadi trend penting dalam pemotongan silikon karbida pada masa hadapan.
