01 Johdanto
Kiekkojen kuutioiminen on tärkeä vaihe puolijohdelaitteiden valmistuksessa. Leikkausmenetelmä ja laatu vaikuttavat suoraan kiekon paksuuteen, karheuteen, mittoihin ja tuotantokustannuksiin, ja niillä on merkittävä vaikutus laitteen valmistukseen. Piikarbidi, kolmannen -sukupolven puolijohdemateriaalina, on tärkeä materiaali sähköisen vallankumouksen edistämisessä. Korkealaatuisen-kiteisen piikarbidin tuotantokustannukset ovat erittäin korkeat, ja usein halutaan leikata suuri piikarbidiharkko mahdollisimman moneksi ohueksi piikarbidikiekkoalustaksi. Samaan aikaan teollinen kehitys on johtanut kiekkojen koon kasvuun, mikä nostaa leikkausprosessien vaatimuksia. Piikarbidimateriaalilla on kuitenkin erittäin korkea kovuus, Mohsin kovuus on 9,5, joka on vain maailman kovimman timantin jälkeen (10), ja siinä on myös kiteiden hauraus, mikä vaikeuttaa leikkaamista. Tällä hetkellä teollisuudessa käytetään tyypillisesti lietelangan leikkaamista tai timanttilankaleikkausta. Leikkauksen aikana kiinteä lankasaha sijoitetaan tasavälein piikarbidiharkon ympärille ja teräsahaa kiristämällä leikataan piikarbidikiekkoja. Lankasahamenetelmällä kiekkojen erottaminen halkaisijaltaan 6-tuumaisesta harkosta kestää noin 100 tuntia. Tuloksena olevilla kiekoilla ei ole ainoastaan suhteellisen suuri leikkaus, vaan myös suurempi pinnan karheus, mikä johtaa jopa 46 % materiaalihävikkiin. Tämä nostaa piikarbidimateriaalien käyttökustannuksia ja rajoittaa sen kehitystä puolijohdeteollisuudessa, mikä tekee piikarbidikiekkojen uusien leikkaustekniikoiden tutkimuksen kiireellisiksi. Viime vuosina laserleikkaustekniikan käyttö on tullut yhä suositummaksi puolijohdemateriaalien tuotannossa ja prosessoinnissa. Tämän menetelmän periaatteena on käyttää fokusoitua lasersädettä muokkaamaan substraattia materiaalin pinnalta tai sisältä ja siten erottamaan sen. Koska tämä on kosketukseton prosessi, se välttää työkalun kulumisen ja mekaanisen rasituksen. Siksi se parantaa huomattavasti kiekon pinnan karheutta ja tarkkuutta, eliminoi myöhempien kiillotusprosessien tarpeen, vähentää materiaalihävikkiä, alentaa kustannuksia ja minimoi perinteisten hionta- ja kiillotusprosessien aiheuttaman ympäristön saastumisen. Laserleikkaustekniikkaa on käytetty pitkään piiharkkojen leikkaamiseen, mutta sen käyttö piikarbidin alalla ei ole vielä kypsää, sillä tällä hetkellä on saatavilla muutamia päätekniikoita.
2Vesiohjattu{1}}laserleikkaus
Vesiohjattu lasertekniikka (Laser MicroJet, LMJ), joka tunnetaan myös nimellä laser microjet -tekniikka, toimii periaatteella, jossa lasersäde kohdistaa suuttimeen, kun laser kulkee painemoduloidun vesikammion läpi. matalapaineinen-vesisuihku tulee ulos suuttimesta. Veden ja ilman rajapinnalle muodostuu taitekertoimien eron vuoksi valoaaltoputki, joka sallii laserin etenemisen veden virtauksen suunnassa, jolloin saadaan aikaan materiaalin pinnan leikkaaminen korkeapaineisen vesisuihkun ohjauksen avulla. Vesiohjattujen lasereiden tärkein etu on leikkauslaatu. vesivirta ei vain jäähdytä leikkausaluetta, mikä vähentää materiaalin lämpömuodonmuutoksia ja -vaurioita, vaan myös kuljettaa pois käsittelyjätteet. Verrattuna lankasahan leikkaamiseen sen nopeus kasvaa merkittävästi. Veden eri aallonpituuksien absorptio kuitenkin vaihtelee, mikä rajoittaa käytettävät laseraallonpituudet pääasiassa 1064 nm:iin, 532 nm:iin ja 355 nm:iin. Vuonna 1993 sveitsiläinen tutkija Beruold Richerzhagen ehdotti ensimmäisen kerran tätä tekniikkaa, ja hänen yrityksensä Synova on erikoistunut kansainväliseen veden teknologiseen tutkimukseen ja teollistukseen. kotimainen teknologia on suhteellisen jäljessä, ja yritykset, kuten Inno Laser ja Shengguang Silicon Research, kehittyvät aktiivisesti.
03 Varkain kuutioiminen
Stealth Dicing (SD) tarkoittaa laserin fokusoimista piikarbidin pinnan läpi sirun sisäpuolelle, jolloin muodostetaan muokattu kerros haluttuun syvyyteen kiekkojen erottamiseksi. Koska kiekon pinnassa ei ole viiltoja, voidaan saavuttaa korkeampi käsittelytarkkuudet. Nanosekuntien pulssilasereita käyttävää SD-prosessia on käytetty teollisuudessa piikiekkojen erottamiseen. Nanosekuntien pulssilaserien indusoiman piikarbidin SD-käsittelyn aikana esiintyy kuitenkin lämpövaikutuksia, koska pulssin kesto on paljon pidempi kuin elektronien ja fononien välinen kytkentäaika piikarbidissa (pikosekuntien luokkaa). Suuri lämpöteho kiekkoon ei ainoastaan saa erotusta taipumaan poikkeamaan halutusta suunnasta, vaan myös synnyttää merkittävää jäännösjännitystä, mikä johtaa murtumiin ja huonoon halkeamiseen. Siksi piikarbidin käsittelyssä käytetään yleensä ultra-lyhyen pulssin laser-SD-prosesseja, mikä vähentää huomattavasti lämpövaikutuksia.
Japanilainen yritys DISCO on kehittänyt Key Amorphous{0}}Black Repetitive Absorption (KABRA) -nimisen laserleikkausteknologian esimerkkinä piikarbidikideharkon, jonka halkaisija on 6 tuumaa ja paksuus 20 mm, käsittelystä, mikä on lisännyt piikarbidikiekkojen tuotantonopeutta neljä kertaa. KABRA-prosessin ydin fokusoi laserin piikarbidimateriaalin sisään, hajottaen piikarbidin amorfiseksi piiksi ja amorfiseksi hiileksi "amorfisen-mustan toistuvan absorption" kautta ja muodostaen kerroksen kiekon erotuspisteeksi, nimittäin mustan kerroksen, joka helpottaa amorfista valoa absorboivaa, sen kautta amorfista valoa. kiekko.
Infineonin hankkiman Siltectran kehittämä cold split -kiekkotekniikka mahdollistaa erityyppisten harkkojen jakamisen kiekoiksi, vaan johtaa jopa 80 μm:n häviöön kiekkoa kohden, mikä vähentää materiaalihävikkiä 90 %, mikä lopulta alentaa laitteiden kokonaistuotantokustannuksia jopa 30 %. Kylmäleikkaustekniikka koostuu kahdesta vaiheesta: Ensinnäkin laservalotus luo delaminaatiokerroksen harkon päälle, jolloin piikarbidimateriaalin tilavuus laajenee, mikä luo vetojännitystä ja muodostaa erittäin kapean mikro-halkeamakerroksen; sitten polymeerin jäähdytysvaiheessa nämä mikro{5}}halkeamat prosessoidaan pääsäröksi, mikä lopulta erottaa kiekon jäljellä olevasta harkosta. Vuonna 2019 tämän teknologian kolmannen osapuolen -arvioinnissa mitattiin, että halkaistujen kiekkojen pinnan karheus Ra oli alle 3 µm, ja parhaat tulokset olivat alle 2 µm.
Kotimaisen suuren perheen laseryhtiön kehittämä modifioitu laserleikkaus on lasertekniikka, joka erottaa puolijohdekiekot yksittäisiksi siruiksi tai rakeiksi. Tämä prosessi sisältää myös kiekon pyyhkäisyn sisäisesti tarkkuuslasersäteellä modifioidun kerroksen muodostamiseksi, jolloin kiekko voi laajentua pitkin laserskannausreittiä kohdistetun jännityksen alaisena, jolloin saavutetaan tarkka erotus.
Tällä hetkellä kotimaiset valmistajat ovat hallitseneet piikarbidin leikkaamisen laastilla, mutta leikkaushäviö on suuri, tehokkuus alhainen ja saastuminen on vakavaa, mikä korvataan vähitellen timanttilangan leikkaustekniikalla. Samaan aikaan laserleikkauksen suorituskyvyn ja tehokkuuden edut ovat huomattavia ja tarjoavat monia etuja perinteisiin mekaanisiin kosketinkäsittelytekniikoihin verrattuna, kuten korkean käsittelyn tehokkuuden, kapeat viipalointireitit ja suuren lastutiheyden, mikä tekee siitä vahvan kilpailijan timanttilanganleikkaustekniikan korvaamisessa ja avaa uuden tien seuraavan -sukupolven puolijohdemateriaalien, kuten piikarbidi, sovellukselle. Teollisen teknologian kehittyessä piikarbidialustojen koko kasvaa edelleen, ja piikarbidin leikkaustekniikka kehittyy nopeasti; Tehokas ja laadukas-laserleikkaus on tärkeä trendi piikarbidin leikkauksessa tulevaisuudessa.
