Analisis Parameter Laser Utama Untuk GaAs Stealth Dicing

Analisis teori parameter laser adalah penting untuk program permintaan proses dan keperluan teknikal, pemotongan tidak kelihatan harus berdasarkan sifat bahan wafer untuk memilih panjang gelombang laser yang sesuai, supaya laser boleh dihantar melalui lapisan permukaan wafer, membentuk titik fokus. di dalam wafer (panjang gelombang separa lutsinar yang dipanggil). Keadaan utama ialah tenaga foton laser adalah kurang daripada jurang jalur penyerapan bahan GaAs, yang merupakan ciri telus optik. Hanya apabila foton tidak diserap oleh bahan atau sejumlah kecil daripadanya, optik akan menunjukkan ciri telus. Penyerapan foton boleh menyebabkan elektron dalam keadaan berbeza antara lompatan, supaya elektron dari tahap tenaga rendah melompat ke tahap tenaga tinggi. Kekuatan penyerapan tenaga cahaya dalam semikonduktor biasanya digambarkan oleh pekali penyerapan. Dengan mengandaikan keamatan cahaya I(x) dan pekali penyerapan (dalam cm-1) per unit jarak, tenaga yang diserap dalam dx ialah:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Kemudian keamatan cahaya dalaman semikonduktor boleh dinyatakan sebagai I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
di mana pekali penyerapan adalah fungsi tenaga cahaya, dan pergantungan pekali penyerapan pada tenaga cahaya (panjang gelombang, nombor gelombang atau frekuensi) dipanggil spektrum penyerapan. Rajah 1 menunjukkan spektrum serapan bahan semikonduktor biasa (cth, Si, Ge, GaAs, dsb.), panjang gelombang di sekitar 0.87 μm Pekali serapan GaAs mengalami perubahan drastik adalah disebabkan oleh penyerapan tenaga foton oleh pembawa GaAs, supaya ia dijana dengan melompat dari tahap tenaga rendah ke tahap tenaga tinggi. Dalam hal ini, pancaran laser dengan panjang gelombang lebih pendek daripada 0.87 μm tidak boleh melalui wafer GaAs, manakala panjang gelombang lebih besar daripada 0.87 μm boleh melalui GaAs. panjang gelombang ini ialah had panjang gelombang λ0 untuk bahan GaAs.

Panjang gelombang cahaya sepadan dengan had panjang gelombang panjang λ0 menentukan tenaga foton minimum yang boleh menyebabkan penyerapan intrinsik dalam semikonduktor, dan wujud had frekuensi v 0 sepadan dengan frekuensi. Apabila frekuensi lebih rendah daripada v 0 (atau panjang gelombang lebih panjang daripada λ0), adalah mustahil untuk menghasilkan penyerapan intrinsik, dan pekali penyerapan berkurangan dengan cepat, dan panjang gelombang ini λ{{5} } (atau had kekerapan v 0) dipanggil had penyerapan intrinsik semikonduktor.
Panjang gelombang gelombang cahaya di mana penyerapan intrinsik boleh berlaku adalah kurang daripada atau sama dengan lebar jalur yang dilarang, iaitu:
hν{{{0}}}Cth=hc/λ0 (3)
Di mana: Cth ialah lebar jalur terlarang bahan semikonduktor; h ialah pemalar Planck; c ialah kelajuan cahaya. Penggantian boleh diperolehi:
λ0=1.24/Cth (4)
Pengiraan boleh diperolehi Si had gelombang panjang λ0 ≈ 1.1 μm, GaAs had gelombang panjang λ0 ≈ 0.867 μm untuk penyepaduan tiga dimensi cip wafer GaAs, walaupun ketebalan wafer, komposisi kekotoran dan kandungan faktornya seperti penyerapan spektrum mempunyai kesan ke atas bahan GaAs terutamanya menyerap panjang gelombang 0.87 μm atau kurang, termasuk panjang gelombang hampir ultraungu. cahaya, dan panjang gelombang inframerah dekat bagi cahaya yang lebih panjang Kadar laluan adalah lebih baik untuk panjang gelombang cahaya inframerah dekat yang lebih panjang. Oleh itu, pemotongan stealth wafer bahan GaAs, biasanya memilih panjang gelombang 1064 nm laser inframerah (laser potong penuh umumnya memilih laser ultraviolet); pemotongan stealth wafer bahan Si, biasanya memilih panjang gelombang 1342 nm laser inframerah, supaya cahaya laser melalui permukaan wafer, dalam kanta fokus, seperti peranan institusi optik, wafer di tengah-tengah bahagian atas. dan permukaan bawah wafer antara permukaan pemfokusan yang boleh dipilih. Pada masa yang sama, sejauh mungkin untuk mengurangkan permukaan kejadian dan fokus laser antara lapisan bahan kesan penyerapan laser.
GaAs stealth dicing memilih pancaran laser inframerah berdenyut ultrashort dengan kekerapan ulangan yang tinggi, kuasa laser lebih besar daripada 5 W, dan masa lebar denyutan kurang daripada 100 ns, untuk memampatkan tenaga penyerapan laser ke tahap ambang untuk mendapatkan kesan yang lebih diingini daripada lapisan pengubahsuaian dan untuk mengawal kawasan yang terjejas haba. Pekali penyerapan sebenarnya meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu. Oleh itu, parameter lebar nadi juga sangat kritikal, tidak terlalu kecil untuk memastikan tenaga yang mencukupi diserap dalam kawasan fokus untuk membentuk lapisan yang diubah suai, dan tidak terlalu besar untuk membenarkan suhu rantau di sekeliling lapisan yang diubah suai menjadi terlalu tinggi. . Rajah 2(a) menunjukkan sampel wafer GaAs selepas pemotongan tidak kelihatan, dan Rajah 2(b) menunjukkan bahagian potongan sampel wafer GaAs selepas pemotongan tidak kelihatan oleh mikroskop, yang menunjukkan bahawa sepanjang arah ketebalan sampel tebal 100 μm, a beberapa mikrometer lebar dan lapisan pengubahsuaian setebal 30 μm terbentuk di lapisan tengah wafer. Daripada Rajah 16(b), garisan retak menegak boleh diperhatikan memanjang dari atas dan bawah lapisan SD ke permukaan hadapan dan belakang cip. Kesan pemisahan cip sangat bergantung pada sejauh mana retakan menegak ini meluas ke permukaan hadapan dan belakang cip.