Analisi dei parametri laser chiave per il GaAs Stealth Dicing

L'analisi teorica dei parametri laser è fondamentale per il programma di richiesta del processo e i requisiti tecnici, il taglio invisibile dovrebbe basarsi sulle proprietà del materiale del wafer per selezionare la lunghezza d'onda del laser appropriata, in modo che il laser possa essere trasmesso attraverso lo strato superficiale del wafer, formando un punto focale all'interno del wafer (la cosiddetta lunghezza d'onda semitrasparente). La condizione principale è che l'energia del fotone laser sia inferiore al gap di banda di assorbimento del materiale GaAs, che è una caratteristica otticamente trasparente. Solo quando i fotoni non vengono assorbiti dal materiale o da una piccola quantità di esso, l'ottica mostrerà caratteristiche di trasparenza. L'assorbimento dei fotoni può far sì che gli elettroni si trovino in stati diversi tra il salto, in modo che gli elettroni dal livello di bassa energia saltino al livello di alta energia. La forza dell'assorbimento dell'energia luminosa nei semiconduttori è solitamente descritta dal coefficiente di assorbimento. Assumendo un'intensità luminosa pari a I(x) e un coefficiente di assorbimento pari a (in cm-1) per unità di distanza, l'energia assorbita in dx è:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Quindi l'intensità della luce interna del semiconduttore può essere espressa come I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
dove il coefficiente di assorbimento è una funzione dell'energia luminosa e la dipendenza del coefficiente di assorbimento dall'energia luminosa (lunghezza d'onda, numero d'onda o frequenza) è chiamata spettro di assorbimento. La Figura 1 mostra gli spettri di assorbimento dei comuni materiali semiconduttori (ad esempio Si, Ge, GaAs, ecc.), la lunghezza d'onda in prossimità di 0.87 μm Il coefficiente di assorbimento di GaAs subisce un drastico cambiamento a causa dell'assorbimento di energia fotonica da parte dei portatori di GaAs, in modo che venga generata saltando dal livello energetico basso a quello energetico alto. A questo proposito, un raggio laser con una lunghezza d'onda inferiore a 0,87 μm non può passare attraverso un wafer GaAs, mentre una lunghezza d'onda maggiore di 0,87 μm può passare attraverso GaAs. questa lunghezza d'onda è il limite della lunghezza d'onda lunga di λ0 per i materiali GaAs.

La lunghezza d'onda della luce corrispondente al limite di lunghezza d'onda lunga λ0 determina l'energia minima dei fotoni che può causare assorbimento intrinseco nei semiconduttori ed esiste un limite di frequenza v 0 corrispondente alla frequenza. Quando la frequenza è inferiore a v 0 (o la lunghezza d'onda è più lunga di λ0), è impossibile produrre un assorbimento intrinseco e il coefficiente di assorbimento diminuisce rapidamente e questa lunghezza d'onda λ{{5} } (o il limite di frequenza v 0) è chiamato limite di assorbimento intrinseco dei semiconduttori.
La lunghezza d'onda dell'onda luminosa alla quale può verificarsi l'assorbimento intrinseco è inferiore o uguale alla larghezza di banda proibita, ovvero:
hν{{0}}Es=hc/λ0 (3)
Dove: Ad esempio è la larghezza di banda vietata dei materiali semiconduttori; h è la costante di Planck; c è la velocità della luce. La sostituzione può essere ottenuta:
λ0=1.24/Eg (4)
Il calcolo può essere ottenuto Limite di onda lunga Si λ0 ≈ 1,1 μm, limite di onda lunga GaAs λ0 ≈ 0.867 μm per l'integrazione tridimensionale del chip di wafer GaAs, sebbene lo spessore del wafer, la composizione delle impurità e il suo contenuto di fattori come l'assorbanza spettrale abbiano un impatto sul materiale GaAs assorbe principalmente lunghezze d'onda di 0,87 μm o meno, comprese le lunghezze d'onda del vicino ultravioletto della luce e lunghezze d'onda del vicino infrarosso della luce più lunga. La velocità di passaggio è migliore per le lunghezze d'onda più lunghe della luce del vicino infrarosso. Pertanto, i wafer di materiale GaAs a taglio invisibile, solitamente scelgono la lunghezza d'onda del laser a infrarossi di 1064 nm (il taglio completo del laser generalmente sceglie il laser ultravioletto); Wafer di materiale Si con taglio invisibile, solitamente sceglie la lunghezza d'onda del laser a infrarossi di 1342 nm, in modo che la luce laser attraverso la superficie del wafer, nella lente di messa a fuoco, come il ruolo delle istituzioni ottiche, il wafer al centro della parte superiore e superfici inferiori del wafer tra la superficie della focalizzazione del selezionabile. Allo stesso tempo, per quanto possibile, ridurre la superficie incidente e la messa a fuoco del laser tra lo strato di materiale dell'effetto di assorbimento del laser.
Il GaAs Stealth Dicing seleziona un raggio laser infrarosso pulsato ultracorto con elevata frequenza di ripetizione, potenza laser superiore a 5 W e durata dell'impulso inferiore a 100 ns, per comprimere l'energia di assorbimento del laser al livello di soglia al fine di ottenere un effetto più desiderabile di lo strato di modifica e per controllare la regione influenzata dal calore. Il coefficiente di assorbimento infatti aumenta esponenzialmente all’aumentare della temperatura. Pertanto, anche il parametro dell'ampiezza dell'impulso è molto critico, non troppo piccolo per garantire che venga assorbita energia sufficiente nella regione di focalizzazione per formare lo strato modificato, e non troppo grande per consentire che la temperatura della regione attorno allo strato modificato sia troppo alta . La Figura 2 (a) mostra il campione di wafer GaAs dopo il taglio invisibile e la Figura 2 (b) mostra la sezione tagliata del campione di wafer GaAs dopo il taglio invisibile al microscopio, il che mostra che lungo la direzione dello spessore del campione spesso 100 μm, a Nello strato intermedio del wafer si forma uno strato di modifica largo pochi micrometri e spesso 30 μm. Dalla Fig. 16 (b), si può osservare una linea di fessura verticale che si estende dalla parte superiore e inferiore dello strato SD alle superfici anteriore e posteriore del chip. L'effetto di separazione del truciolo dipende in gran parte da quanto si estende questa fessura verticale sulle superfici anteriore e posteriore del truciolo.