Analýza kľúčových laserových parametrov pre GaAs Stealth Dicing

Teoretická analýza parametrov lasera je rozhodujúca pre program dopytu procesu a technické požiadavky, neviditeľné rezanie by malo byť založené na vlastnostiach materiálu plátku, aby sa vybrala vhodná vlnová dĺžka lasera, aby sa laser mohol prenášať cez povrchovú vrstvu plátku, čím sa vytvorí ohnisko vo vnútri plátku (tzv. polopriesvitná vlnová dĺžka). Primárnou podmienkou je, že energia fotónu lasera je menšia ako absorpčná medzera v pásme GaAs materiálu, čo je opticky transparentná charakteristika. Len keď fotóny nie sú absorbované materiálom alebo jeho malým množstvom, optika bude vykazovať transparentné vlastnosti. Absorpcia fotónov môže spôsobiť elektróny v rôznych stavoch medzi skokom, takže elektróny z nízkej energetickej hladiny preskočia na vysokú energetickú hladinu. Sila absorpcie svetelnej energie v polovodičoch sa zvyčajne popisuje koeficientom absorpcie. Za predpokladu intenzity svetla I(x) a koeficientu absorpcie (v cm-1) na jednotku vzdialenosti je absorbovaná energia v dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Potom možno intenzitu vnútorného svetla polovodiča vyjadriť ako I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
kde absorpčný koeficient je funkciou svetelnej energie a závislosť absorpčného koeficientu od svetelnej energie (vlnová dĺžka, vlnové číslo alebo frekvencia) sa nazýva absorpčné spektrum. Obrázok 1 ukazuje absorpčné spektrá bežných polovodičových materiálov (napr. Si, Ge, GaAs atď.), vlnová dĺžka v blízkosti 0.87 μm GaAs absorpčný koeficient prechádza drastickou zmenou je spôsobený absorpciou fotónovej energie nosičmi GaAs, takže vzniká skokom z nízkoenergetickej hladiny na vysokoenergetickú hladinu. V tomto ohľade laserový lúč s vlnovou dĺžkou kratšou ako 0,87 μm nemôže prejsť cez plátok GaAs, zatiaľ čo vlnová dĺžka väčšia ako 0,87 μm môže prejsť cez GaAs. táto vlnová dĺžka je limitom dlhých vlnových dĺžok λ0 pre materiály GaAs.

Vlnová dĺžka svetla zodpovedajúca limitu dlhých vlnových dĺžok λ0 určuje minimálnu energiu fotónu, ktorá môže spôsobiť vlastnú absorpciu v polovodičoch, a existuje frekvenčný limit v 0 zodpovedajúci frekvencii. Keď je frekvencia nižšia ako v 0 (alebo vlnová dĺžka je dlhšia ako λ0), nie je možné vytvoriť vlastnú absorpciu a koeficient absorpcie rýchlo klesá a táto vlnová dĺžka λ{{5} } (alebo frekvenčný limit v 0) sa nazýva limit vlastnej absorpcie polovodičov.
Vlnová dĺžka svetelnej vlny, pri ktorej môže dôjsť k vlastnej absorpcii, je menšia alebo rovná zakázanej šírke pásma, to znamená:
hν{{0}}Napr.=hc/λ0 (3)
Kde: Napr. je zakázaná šírka pásma polovodičových materiálov; h je Planckova konštanta; c je rýchlosť svetla. Náhradu je možné získať:
λ0=1.24/Eg (4)
Výpočet možno získať Si dlhovlnný limit λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs dlhovlnný limit λ0 ≈ 0.867 μm pre trojrozmernú integráciu čipu GaAs plátkov, hoci hrúbka plátku, zloženie nečistôt a jeho obsah faktorov, ako je spektrálna absorbancia, má vplyv na materiál GaAs absorbuje hlavne vlnové dĺžky 0,87 μm alebo menej, vrátane vlnových dĺžok blízkeho ultrafialovému žiareniu svetla a blízke infračervené vlnové dĺžky dlhšieho svetla Priepustnosť je lepšia pre dlhšie vlnové dĺžky blízkeho infračerveného svetla. Preto stealth rezanie plátkov materiálu GaAs zvyčajne volí vlnovú dĺžku 1064 nm infračerveného lasera (laserový úplný rez vo všeobecnosti volí ultrafialový laser); stealth rezanie plátkov Si materiálu, zvyčajne volia vlnovú dĺžku 1342 nm infračerveného lasera, takže laserové svetlo prechádza povrchom plátku, v zaostrovacej šošovke, ako je úloha optických inštitúcií, plátok v strede hornej časti a spodné povrchy plátku medzi povrchom zaostrenia voliteľného prvku. Súčasne, pokiaľ je to možné, znížiť dopadajúci povrch a laserové zaostrenie medzi vrstvou materiálu laserového absorpčného efektu.
GaAs stealth dicing vyberá ultrakrátky pulzný infračervený laserový lúč s vysokou opakovacou frekvenciou, výkonom lasera väčším ako 5 W a časom šírky impulzu menším ako 100 ns, aby sa stlačila energia absorpcie lasera na prahovú úroveň, aby sa dosiahol požadovaný efekt modifikačnej vrstvy a na kontrolu tepelne ovplyvnenej oblasti. Absorpčný koeficient v skutočnosti rastie exponenciálne so zvyšujúcou sa teplotou. Preto je parameter šírky impulzu tiež veľmi kritický, nie je príliš malý, aby sa zabezpečilo, že v oblasti zaostrovania sa absorbuje dostatok energie na vytvorenie modifikovanej vrstvy, a nie príliš veľký na to, aby teplota oblasti okolo modifikovanej vrstvy bola príliš vysoká. . Obrázok 2(a) zobrazuje vzorku plátku GaAs po neviditeľnom rezaní a obrázok 2(b) zobrazuje rez vzorky plátku GaAs po neviditeľnom rezaní mikroskopom, čo ukazuje, že pozdĺž smeru hrúbky vzorky s hrúbkou 100 μm a V strednej vrstve plátku je vytvorená modifikačná vrstva široká niekoľko mikrometrov a hrubá 30 μm. Z obr. 16(b) je možné pozorovať vertikálnu líniu trhliny, ktorá sa rozprestiera od vrchnej a spodnej časti SD vrstvy k prednému a zadnému povrchu čipu. Účinok oddeľovania triesok do značnej miery závisí od toho, ako ďaleko táto vertikálna trhlina siaha k prednému a zadnému povrchu triesky.