Analýza klíčových laserových parametrů pro GaAs Stealth Dicing

Teoretická analýza parametrů laseru je zásadní pro program poptávky procesu a technické požadavky, neviditelné řezání by mělo být založeno na vlastnostech materiálu plátku, aby se vybrala vhodná vlnová délka laseru, aby laser mohl být přenášen přes povrchovou vrstvu plátku a tvořit ohnisko uvnitř waferu (tzv. poloprůhledná vlnová délka). Primární podmínkou je, že energie laserových fotonů je menší než absorpční pásmová mezera materiálu GaAs, což je opticky transparentní charakteristika. Pouze když fotony nejsou absorbovány materiálem nebo jeho malým množstvím, optika bude vykazovat průhledné vlastnosti. Absorpce fotonů může způsobit elektrony v různých stavech mezi skokem, takže elektrony z nízkoenergetické hladiny přeskakují na vysokou energetickou hladinu. Síla absorpce světelné energie v polovodičích se obvykle popisuje koeficientem absorpce. Za předpokladu intenzity světla I(x) a koeficientu absorpce (v cm-1) na jednotku vzdálenosti je absorbovaná energie v dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Potom lze vnitřní intenzitu světla polovodiče vyjádřit jako I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
kde absorpční koeficient je funkcí světelné energie a závislost absorpčního koeficientu na světelné energii (vlnová délka, vlnové číslo nebo frekvence) se nazývá absorpční spektrum. Obrázek 1 ukazuje absorpční spektra běžných polovodičových materiálů (např. Si, Ge, GaAs atd.), vlnová délka v blízkosti 0.87 μm GaAs absorpční koeficient prochází drastickou změnou je způsoben absorpcí fotonová energie nosiči GaAs, takže je generována skokem z nízkoenergetické hladiny na vysokou energetickou hladinu. V tomto ohledu laserový paprsek s vlnovou délkou kratší než 0,87 μm nemůže projít plátkem GaAs, zatímco vlnová délka větší než 0,87 μm může projít GaAs. tato vlnová délka je limit dlouhých vlnových délek λ0 pro materiály GaAs.

Vlnová délka světla odpovídající limitu dlouhých vln λ0 určuje minimální energii fotonu, která může způsobit vlastní absorpci v polovodičích, a existuje limit frekvence v 0 odpovídající frekvenci. Když je frekvence nižší než v 0 (nebo je vlnová délka delší než λ0), není možné vytvořit vlastní absorpci a koeficient absorpce rychle klesá, a tato vlnová délka λ{{5} } (neboli frekvenční limit v 0) se nazývá mez vlastní absorpce polovodičů.
Vlnová délka světelné vlny, při které může dojít k vlastní absorpci, je menší nebo rovna zakázané šířce pásma, to znamená:
hν{{0}}Např.=hc/λ0 (3)
Kde: Např. je zakázaná šířka pásma polovodičových materiálů; h je Planckova konstanta; c je rychlost světla. Náhradu lze získat:
λ0=1.24/Eg (4)
Výpočet lze získat Si dlouhovlnný limit λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs dlouhovlnný limit λ0 ≈ 0.867 μm pro třírozměrnou integraci čipu GaAs plátků, ačkoli tloušťka plátku, složení nečistot a jeho obsah faktorů, jako je spektrální absorbance, má dopad na materiál GaAs absorbuje hlavně vlnové délky 0,87 μm nebo méně, včetně vlnových délek blízkých ultrafialovému záření světla a blízké infračervené vlnové délky delšího světla Rychlost průchodu je lepší pro delší vlnové délky blízkého infračerveného světla. Proto, stealth řezání GaAs materiálu plátků, obvykle zvolit vlnovou délku 1064 nm infračerveného laseru (laser plný řez obecně volí ultrafialový laser); stealth řezání plátků Si materiálu, obvykle volí vlnovou délku 1342 nm infračerveného laseru, takže laserové světlo prochází povrchem plátku, v zaostřovací čočce, jako je role optických institucí, plátek uprostřed horní a spodní povrchy destičky mezi povrchem zaostření volitelného prvku. Současně, pokud je to možné, snížit dopadající povrch a laserové zaměření mezi vrstvou materiálu laserového absorpčního efektu.
GaAs stealth kostkování vybírá ultrakrátký pulzní infračervený laserový paprsek s vysokou opakovací frekvencí, výkonem laseru větším než 5 W a dobou šířky pulzu menší než 100 ns, aby se stlačila energie absorpce laseru na prahovou úroveň, aby se dosáhlo žádoucího účinku modifikační vrstvu a pro řízení teplem ovlivněné oblasti. Koeficient absorpce ve skutečnosti roste exponenciálně s rostoucí teplotou. Proto je parametr šířky pulzu také velmi kritický, není příliš malý, aby se zajistilo, že se v oblasti zaostření absorbuje dostatek energie k vytvoření modifikované vrstvy, a není příliš velký, aby umožnil příliš vysokou teplotu oblasti kolem modifikované vrstvy. . Obrázek 2(a) ukazuje vzorek plátku GaAs po neviditelném řezání a obrázek 2(b) ukazuje řez vzorku plátku GaAs po neviditelném řezání mikroskopem, který ukazuje, že podél směru tloušťky vzorku o tloušťce 100 μm Ve střední vrstvě waferu se vytvoří modifikační vrstva široká několik mikrometrů a 30 μm silná. Z obr. 16(b) lze pozorovat vertikální čáru trhliny táhnoucí se od horní a spodní části SD vrstvy k přednímu a zadnímu povrchu čipu. Účinek oddělování třísky do značné míry závisí na tom, jak daleko tato vertikální trhlina zasahuje k přednímu a zadnímu povrchu třísky.