Аналіз ключових лазерних параметрів для GaAs Stealth Dicing

Теоретичний аналіз параметрів лазера має вирішальне значення для програми попиту на процес і технічних вимог, невидиме різання має базуватися на властивостях матеріалу пластини, щоб вибрати відповідну довжину хвилі лазера, щоб лазер міг проходити через поверхневий шар пластини, утворюючи фокусну точку всередині пластини (так звана напівпрозора довжина хвилі). Основною умовою є те, що енергія лазерного фотона є меншою за ширину забороненої зони поглинання матеріалу GaAs, який є оптично прозорим. Лише коли фотони не поглинаються матеріалом або їх невелика кількість, оптика показуватиме прозорі характеристики. Поглинання фотонів може викликати електрони в різних станах між стрибками, так що електрони з низького енергетичного рівня стрибають на високий енергетичний рівень. Сила поглинання світлової енергії в напівпровідниках зазвичай описується коефіцієнтом поглинання. Припускаючи інтенсивність світла I(x) і коефіцієнт поглинання (у см-1) на одиницю відстані, поглинена енергія в dx дорівнює:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Тоді внутрішню інтенсивність світла напівпровідника можна виразити як I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
де коефіцієнт поглинання є функцією енергії світла, а залежність коефіцієнта поглинання від енергії світла (довжини хвилі, хвильового числа або частоти) називається спектром поглинання. На рисунку 1 показано спектри поглинання звичайних напівпровідникових матеріалів (наприклад, Si, Ge, GaAs тощо), довжина хвилі поблизу 0. Коефіцієнт поглинання GaAs 87 мкм зазнає різких змін через поглинання енергію фотонів носіями GaAs, так що вона генерується шляхом стрибка з низького рівня енергії на високий рівень енергії. У зв’язку з цим лазерний промінь із довжиною хвилі, меншою за 0,87 мкм, не може пройти через пластину GaAs, тоді як довжина хвилі, яка перевищує 0,87 мкм, може пройти через GaAs. ця довжина хвилі є довгохвильовою межею λ0 для матеріалів GaAs.

Довжина хвилі світла, що відповідає межі довгохвилі λ0, визначає мінімальну енергію фотона, яка може викликати власне поглинання в напівпровідниках, і існує межа частоти v 0, що відповідає частоті. Коли частота нижча за v 0 (або довжина хвилі довша за λ0), неможливо створити власне поглинання, і коефіцієнт поглинання швидко зменшується, і ця довжина хвилі λ{{5} } (або межа частоти v 0) називається межею власного поглинання напівпровідників.
Довжина світлової хвилі, на якій може відбуватися власне поглинання, менша або дорівнює забороненій ширині смуги, тобто:
hν{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Де: Eg – заборонена ширина смуги напівпровідникових матеріалів; h – постійна Планка; c – швидкість світла. Заміну можна отримати:
λ0=1.24/Eg (4)
Розрахунок можна отримати для довгохвильової межі Si λ0 ≈ 1,1 мкм, довгохвильової межі GaAs λ0 ≈ 0.867 мкм для тривимірної інтеграції чіпа пластин GaAs, хоча товщина пластини, склад домішок і вміст таких факторів, як спектральне поглинання, впливають на матеріал GaAs, який переважно поглинає довжини хвиль 0.87 мкм або менше, включаючи довжини хвиль у ближньому ультрафіолетовому діапазоні. світла та ближньої інфрачервоної довжини хвилі довшого світла Швидкість проходження краща для більш довгих хвиль ближнього інфрачервоного світла. Таким чином, стелс-різання GaAs матеріалу пластини, як правило, вибирають довжину хвилі 1064 нм інфрачервоного лазера (лазерний повний розріз зазвичай вибирає ультрафіолетовий лазер); стелс-різання Si-матеріальних пластин, зазвичай вибирають довжину хвилі 1342 нм інфрачервоного лазера, так що лазерне світло крізь поверхню пластини, у фокусуючій лінзі, наприклад, роль оптичних установ, пластина в середині верхньої частини і нижні поверхні пластини між поверхнею фокусування вибору. У той же час, наскільки це можливо, щоб зменшити поверхню падіння та лазерний фокус між шаром матеріалу ефекту лазерного поглинання.
GaAs stealth dicing вибирає ультракороткий імпульсний інфрачервоний лазерний промінь із високою частотою повторення, потужністю лазера більше 5 Вт і часом ширини імпульсу менше 100 нс, щоб стиснути енергію поглинання лазера до порогового рівня, щоб отримати більш бажаний ефект. шару модифікації та для контролю області впливу тепла. Коефіцієнт поглинання фактично експоненціально зростає зі збільшенням температури. Тому параметр ширини імпульсу також є дуже критичним: не надто малий, щоб забезпечити поглинання достатньої енергії в області фокусування для формування модифікованого шару, і не надто великий, щоб температура області навколо модифікованого шару була занадто високою. . На малюнку 2(a) показано зразок пластини GaAs після невидимого різання, а на малюнку 2(b) показано розріз зразка пластини GaAs після невидимого різання мікроскопом, який показує, що вздовж напрямку товщини зразка товщиною 100 мкм, У середньому шарі пластини формується шар модифікації шириною кілька мікрометрів і товщиною 30 мкм. На рис. 16(b) можна спостерігати вертикальну лінію тріщини, яка простягається від верхнього та нижнього шару SD до передньої та задньої поверхонь чіпа. Ефект відділення стружки значною мірою залежить від того, наскільки ця вертикальна тріщина поширюється на передню та задню поверхні стружки.