Analys av nyckellaserparametrar för GaAs Stealth Dicing

Teoretisk analys av laserparametrar är avgörande för processbehovsprogrammet och tekniska krav, osynlig skärning bör baseras på waferns materialegenskaper för att välja lämplig laservåglängd, så att lasern kan överföras genom waferns ytskikt och bildar en brännpunkt inuti wafern (den så kallade semi-transparenta våglängden). Det primära villkoret är att laserfotonenergin är mindre än absorptionsbandgapet för GaAs-material, vilket är optiskt transparenta egenskaper. Endast när fotonerna inte absorberas av materialet eller en liten mängd av det, kommer optiken att visa transparenta egenskaper. Fotonabsorption kan orsaka elektroner i olika tillstånd mellan hoppet, så att elektronerna från den låga energinivån hoppar till den höga energinivån. Styrkan hos ljusenergiabsorptionen i halvledare beskrivs vanligtvis av absorptionskoefficienten. Om man antar en ljusintensitet på I(x) och en absorptionskoefficient på (i cm-1) per enhetsavstånd, är den absorberade energin i dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Då kan halvledarens interna ljusintensitet uttryckas som I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
där absorptionskoefficienten är en funktion av ljusenergin, och absorptionskoefficientens beroende av ljusenergin (våglängd, vågtal eller frekvens) kallas absorptionsspektrum. Figur 1 visar absorptionsspektra för vanliga halvledarmaterial (t.ex. Si, Ge, GaAs, etc.), våglängden i närheten av 0.87 μm GaAs absorptionskoefficient genomgår en drastisk förändring beror på absorptionen av fotonenergi av bärarna av GaAs, så att den genereras genom att hoppa från den låga energinivån till den höga energinivån. I detta avseende kan en laserstråle med en våglängd kortare än 0.87 μm inte passera genom en GaAs-skiva, medan en våglängd som är större än 0.87 μm kan passera genom GaAs. denna våglängd är långvåglängdsgränsen för λ0 för GaAs-material.

Ljusets våglängd som motsvarar långvågsgränsen λ0 bestämmer den minimala fotonenergin som kan orsaka inre absorption i halvledare, och det finns en frekvensgräns v 0 som motsvarar frekvensen. När frekvensen är lägre än v 0 (eller våglängden är längre än λ0), är det omöjligt att producera inre absorption, och absorptionskoefficienten minskar snabbt, och denna våglängd λ{{5} } (eller frekvensgränsen v 0) kallas den inneboende absorptionsgränsen för halvledare.
Våglängden för ljusvågen vid vilken inre absorption kan ske är mindre än eller lika med den förbjudna bandbredden, det vill säga:
hν{{0}}T.ex.=hc/λ0 (3)
Där: T.ex. är den förbjudna bandbredden för halvledarmaterial; h är Plancks konstant; c är ljusets hastighet. Substitution kan erhållas:
λ0=1.24/Eg (4)
Beräkning kan erhållas Si långvågsgräns λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs långvågsgräns λ0 ≈ 0.867 μm för chipets tredimensionella integration av GaAs-skivor, även om waferns tjocklek, föroreningssammansättning och dess innehåll av faktorer som spektralabsorbansen har en inverkan på GaAs-materialet absorberar huvudsakligen våglängder på 0.87 μm eller mindre, inklusive nära-ultravioletta våglängder av ljus, och nära-infraröda våglängder för det längre ljuset. Passhastigheten är bättre för de längre våglängderna av nära-infrarött ljus. Därför, stealth cutting GaAs material wafers, väljer vanligtvis våglängden på 1064 nm infraröd laser (laser full cut i allmänhet väljer ultraviolett laser); stealth cutting Si-material wafers, väljer vanligtvis våglängden på 1342 nm infraröd laser, så att laserljuset genom ytan av wafern, i fokuslinsen, såsom rollen för de optiska institutionerna, wafern i mitten av den övre och nedre ytor av skivan mellan ytan av fokuseringen av den valbara. Samtidigt, så långt som möjligt för att minska den infallande ytan och laserfokus mellan materialskiktet av laserabsorptionseffekten.
GaAs stealth dicing väljer en ultrakort pulsad infraröd laserstråle med hög repetitionsfrekvens, lasereffekt större än 5 W och pulsbreddstid mindre än 100 ns, för att komprimera laserabsorptionsenergin till tröskelnivån för att erhålla en mer önskvärd effekt av modifieringsskiktet och för att kontrollera det värmepåverkade området. Absorptionskoefficienten ökar faktiskt exponentiellt med ökande temperatur. Därför är pulsbreddsparametern också mycket kritisk, inte för liten för att säkerställa att tillräckligt mycket energi absorberas i fokuseringsområdet för att bilda det modifierade skiktet, och inte för stor för att temperaturen i området runt det modifierade skiktet ska vara för hög . Figur 2(a) visar GaAs wafer-provet efter osynlig skärning, och figur 2(b) visar den skurna sektionen av GaAs wafer-provet efter osynlig skärning med mikroskop, vilket visar att längs tjockleksriktningen för det 100 μm tjocka provet, en några mikrometer brett och 30 μm tjockt modifieringsskikt bildas i mellanskiktet av wafern. Från fig. 16(b) kan en vertikal spricklinje observeras som sträcker sig från toppen och botten av SD-skiktet till fram- och baksidan av chipet. Spånseparationseffekten beror mycket på hur långt denna vertikala spricka sträcker sig till chipets främre och bakre yta.