01 Вступ
Нарізка пластин є важливим кроком у виробництві напівпровідникових пристроїв. Метод і якість різання безпосередньо впливають на товщину, шорсткість, розміри та вартість виробництва пластини, а також мають значний вплив на виготовлення пристрою. Карбід кремнію, як напівпровідниковий матеріал третього-покоління, є вирішальним матеріалом для просування електричної революції. Виробнича вартість високоякісного кристалічного карбіду кремнію надзвичайно висока, і часто виникає бажання розрізати великий злиток карбіду кремнію на якомога більше тонких підкладок із карбіду кремнію. У той же час промисловий розвиток призвів до збільшення розміру пластин, що підвищує вимоги до процесів різання. Проте карбід кремнію має надзвичайно високу твердість із твердістю за Моосом 9,5, поступаючись лише найтвердішому алмазу у світі (10), а також має крихкість кристалів, що ускладнює ограновування. В даний час у промисловості зазвичай використовується різання суспензійним дротом або різання алмазним дротом. Під час різання фіксована дротяна пилка розташовується через рівні проміжки навколо злитка карбіду кремнію, і, натягнувши дротяну пилу, вирізаються пластини карбіду кремнію. Використання методу дротяної пилки для відокремлення пластин від зливка діаметром 6-дюймів займає близько 100 годин. Отримані пластини мають не тільки відносно великий розріз, але й більшу шорсткість поверхні, що призводить до втрат матеріалу до 46%. Це збільшує вартість використання матеріалів з карбіду кремнію та обмежує його розвиток у напівпровідниковій промисловості, що робить дослідження нових технологій різання для пластин карбіду кремнію терміновими. В останні роки використання технології лазерного різання стає все більш популярним у виробництві та обробці напівпровідникових матеріалів. Принцип цього методу полягає у використанні сфокусованого лазерного променя для модифікації підкладки з поверхні матеріалу або зсередини, таким чином відокремлюючи її. Оскільки це безконтактний процес, він дозволяє уникнути наслідків зносу інструменту та механічних навантажень. Таким чином, це значно покращує шорсткість поверхні та точність пластини, усуває необхідність подальших процесів полірування, зменшує втрати матеріалу, знижує витрати та мінімізує забруднення навколишнього середовища, спричинене традиційними процесами шліфування та полірування. Технологія лазерного різання давно застосовувалася для різання кремнієвих зливків, але її застосування в галузі карбіду кремнію ще не є зрілим, оскільки наразі доступно кілька основних технологій.
2Лазерне-різання під керуванням води
Водо{0}}керована лазерна технологія (Laser MicroJet, LMJ), також відома як лазерна мікроструменева технологія, працює за принципом фокусування лазерного променя на соплі, коли лазер проходить через-водяну камеру з модульованим тиском; струмінь води під низьким{2}}тиском викидається з сопла. На межі між водою та повітрям через різницю в показниках заломлення утворюється світловий хвилевід, який дозволяє лазеру поширюватися вздовж напрямку потоку води, таким чином досягаючи різання поверхні матеріалу через-наведення водяного струменя під високим тиском. Основна перевага водяних-лазерів полягає в якості різання; потік води не тільки охолоджує зону різання, зменшуючи термічну деформацію матеріалу та пошкодження, але й виносить сміття, що зникає під час обробки. У порівнянні з різанням дротяною пилкою його швидкість значно збільшується. Однак поглинання різними довжинами хвиль водою змінюється, обмежуючи довжини хвиль лазера, які використовуються переважно до 1064 нм, 532 нм і 355 нм. У 1993 році швейцарський учений Беруольд Річерцхаген вперше запропонував цю технологію, а його компанія Synova спеціалізується на дослідженні та індустріалізації водяних-лазерів, провідних у технологічному плані на міжнародній арені, тоді як вітчизняні технології відносно відстають, а такі компанії, як Inno Laser і Shengguang Silicon Research, активно розвиваються.
03 Невидимка
Stealth Dicing (SD) передбачає фокусування лазера через поверхню карбіду кремнію всередину чіпа, створення модифікованого шару на бажаній глибині для досягнення розділення пластин. Оскільки на поверхні пластини немає надрізів, можна досягти більш високої точності обробки. Процес SD з використанням наносекундних імпульсних лазерів використовується в промисловості для розділення кремнієвих пластин. Однак під час SD-обробки карбіду кремнію, індукованої наносекундними імпульсними лазерами, виникають теплові ефекти, оскільки тривалість імпульсу набагато більша, ніж час зв’язку між електронами та фононами в карбіді кремнію (порядку пікосекунд). Високе теплове навантаження на пластину не тільки змушує поділ відхилятися від бажаного напрямку, але також створює значну залишкову напругу, що призводить до тріщин і поганого розщеплення. Тому під час обробки карбіду кремнію зазвичай використовуються ультра-лазерні процеси SD із ультракоротким імпульсом, що значно зменшує термічні ефекти.
Японська компанія DISCO розробила технологію лазерного різання під назвою Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA) на прикладі обробки кристалічного зливка карбіду кремнію діаметром 6 дюймів і товщиною 20 мм, яка збільшила швидкість виробництва пластин карбіду кремнію в чотири рази. Суть процесу KABRA фокусує лазер усередині матеріалу карбіду кремнію, розкладаючи карбід кремнію на аморфний кремній і аморфний вуглець за допомогою «аморфного-чорного повторюваного поглинання» та утворюючи шар як точку поділу для пластини, а саме чорний аморфний шар, який поглинає більше світла, полегшуючи тим самим легке відділення пластини. вафельний.
Технологія холодного розділення пластин, розроблена компанією Siltectra, придбаною компанією Infineon, не тільки дозволяє розділяти злитки різних типів на пластини, але й призводить до втрати лише 80 мкм на пластину, зменшуючи втрати матеріалу на 90%, в кінцевому підсумку знижуючи загальну вартість виробництва пристроїв до 30%. Технологія холодного різання включає два етапи: по-перше, вплив лазера створює шар розшарування на зливку, що спричиняє збільшення об’єму карбіду кремнію, що створює напругу розтягування та утворює дуже вузький шар мікро-тріщин; потім на стадії охолодження полімеру ці мікро-тріщини перетворюються на основну тріщину, що остаточно відокремлює пластину від решти зливка. У 2019 році третя-оцінка цієї технології показала, що шорсткість поверхні Ra розділених пластин була менше 3 мкм, а найкращі результати були менше 2 мкм.
Модифіковане лазерне різання, розроблене вітчизняною великою сімейною лазерною компанією, являє собою лазерну технологію, яка розділяє напівпровідникові пластини на окремі чіпи або зерна. Цей процес також передбачає сканування пластини зсередини точним лазерним променем для формування модифікованого шару, що дозволяє пластині розширюватися вздовж шляху лазерного сканування під дією напруги, досягаючи точного розділення.
В даний час вітчизняні виробники освоїли технологію різання карбіду кремнію розчином, але втрати різання великі, ефективність низька, а забруднення серйозне, що поступово замінюється технологією різання алмазного дроту. У той же час переваги лазерного різання в продуктивності та ефективності є помітними, пропонуючи багато переваг порівняно з традиційними технологіями механічної контактної обробки, зокрема високу ефективність обробки, вузькі шляхи різання та високу щільність стружки, що робить його сильним конкурентом для заміни технології різання алмазним дротом і відкриває новий шлях для застосування напівпровідникових матеріалів наступного-покоління, таких як карбід кремнію. З розвитком промислових технологій розмір підкладок з карбіду кремнію продовжує збільшуватися, і технологія різання карбіду кремнію буде швидко розвиватися; ефективне та високо{3}}якісне лазерне різання стане важливою тенденцією в різанні карбідом кремнію в майбутньому.
