01 Bevezetés
Az ostya kockázás fontos lépés a félvezető eszközök gyártásában. A vágás módja és minősége közvetlenül befolyásolja az ostya vastagságát, érdességét, méreteit és gyártási költségeit, és jelentős hatással van az eszközgyártásra. A szilícium-karbid, mint harmadik-generációs félvezető anyag, az elektromos forradalom előmozdításában kulcsfontosságú anyag. A kiváló minőségű kristályos szilícium-karbid előállítási költsége rendkívül magas, és gyakran felmerül a vágy, hogy egy nagy szilícium-karbid tömböt a lehető legtöbb vékony szilícium-karbid lapka hordozóra vágjanak. Ugyanakkor az ipari fejlődés az ostyaméret növekedéséhez vezetett, ami növeli a forgácsolási folyamatokkal szembeni igényeket. A szilícium-karbid anyag azonban rendkívül nagy keménységgel rendelkezik, Mohs-keménysége 9,5, ami a második a világ legkeményebb gyémántja után (10), emellett a kristályok törékenysége is megnehezíti a vágást. Jelenleg az ipar jellemzően iszapos huzalvágást vagy gyémánthuzalfűrészvágást alkalmaz. A vágás során a szilícium-karbid tuskó körül egyenlő távolságra egy rögzített huzalfűrészt helyeznek el, és a drótfűrész megfeszítésével szilícium-karbid lapkákat vágnak ki. A huzalfűrész módszerrel az ostyák leválasztása egy 6- hüvelyk átmérőjű rúdról körülbelül 100 órát vesz igénybe. Az így kapott ostyák nemcsak viszonylag nagy vágásúak, hanem nagyobb felületi érdességük is, ami akár 46%-os anyagveszteséget is eredményezhet. Ez növeli a szilícium-karbid anyagok használatának költségeit, és korlátozza annak fejlesztését a félvezetőiparban, ami sürgőssé teszi a szilícium-karbid lapkák új vágási technológiáinak kutatását.Az elmúlt években a lézeres vágási technológia alkalmazása egyre népszerűbb a félvezető anyagok gyártásában és feldolgozásában. Ennek a módszernek az az elve, hogy fókuszált lézersugárral módosítják a hordozót az anyag felületéről vagy belülről, így elválasztják azt. Mivel ez egy érintésmentes folyamat, elkerüli a szerszámkopás és a mechanikai igénybevétel hatásait. Ezért nagymértékben javítja az ostya felületi érdességét és pontosságát, szükségtelenné teszi az utólagos polírozási folyamatokat, csökkenti az anyagveszteséget, csökkenti a költségeket és minimalizálja a hagyományos csiszolási és polírozási eljárások okozta környezetszennyezést. A lézeres vágási technológiát régóta alkalmazzák a szilícium-ingot-ok vágására, de alkalmazása a szilícium-karbid területén még mindig nem kiforrott, jelenleg néhány fő technológia áll rendelkezésre.
2Víz{1}}vezérelt lézervágás
A vízvezérelt lézertechnológia (Laser MicroJet, LMJ), más néven lézeres mikrosugaras technológia, azon az elven működik, hogy a lézersugarat a fúvókára fókuszálja, amikor a lézer áthalad egy nyomáson{1}}modulált vízkamrán; alacsony-nyomású vízsugár távozik a fúvókából. A víz és a levegő határfelületén a törésmutatók különbsége miatt fényhullámvezető képződik, amely lehetővé teszi, hogy a lézer a víz áramlási iránya mentén terjedjen, és ezáltal a nagynyomású vízsugár vezetésével elérje az anyag felületének vágását. A vízvezérelt lézerek fő előnye{6}}a vágási minőségben rejlik; a vízáramlás nem csak lehűti a vágási területet, csökkentve az anyag termikus deformációját és károsodását, hanem elszállítja a feldolgozási törmeléket is. A drótfűrészvágáshoz képest a sebessége jelentősen megnő. A különböző hullámhosszak vízelnyelése azonban változó, így a használt lézerhullámhosszak főként 1064 nm-re, 532 nm-re és 355 nm-re korlátozódnak. 1993-ban Beruold Richerzhagen svájci tudós javasolta először ezt a technológiát, cége, a Synova pedig a víz nemzetközi kutatására és technológiás lézeriparosítására szakosodott. stádiumban van, miközben a hazai technológia viszonylag lemaradt, és olyan cégek aktívan fejlődnek, mint az Inno Laser és a Shengguang Silicon Research.
03 Lopakodó kockák
A Stealth Dicing (SD) során a lézert a szilícium-karbid felületén keresztül fókuszálják a chip belsejébe, és a kívánt mélységben egy módosított réteget hoznak létre az ostya elválasztása érdekében. Mivel az ostya felületén nincsenek vágások, nagyobb feldolgozási pontosság érhető el. A nanoszekundumos impulzuslézereket alkalmazó SD-eljárást az iparban alkalmazzák szilíciumlapkák szétválasztására. A szilícium-karbid nanoszekundumos impulzuslézerek által indukált SD feldolgozása során azonban termikus hatások lépnek fel, mivel az impulzus időtartama sokkal hosszabb, mint a szilícium-karbidban az elektronok és a fononok közötti csatolási idő (pikoszekundum nagyságrendben). Az ostya nagy hőteljesítménye nem csak arra készteti az elválasztást, hogy eltérjen a kívánt iránytól, hanem jelentős maradékfeszültséget is generál, ami törésekhez és gyenge hasadáshoz vezet. Ezért a szilícium-karbid feldolgozásakor általában ultrarövid impulzusú lézeres SD-eljárásokat alkalmaznak, amelyek jelentősen csökkentik a hőhatásokat.
A japán DISCO cég kifejlesztette a Key Amorphous{0}}Black Repetitive Absorption (KABRA) elnevezésű lézervágási technológiát egy 6 hüvelyk átmérőjű és 20 mm vastag szilícium-karbid kristály tuskó feldolgozása példájával, amely négyszeresére növelte a szilícium-karbid lapkák gyártási sebességét. A KABRA eljárás lényege, hogy a lézert a szilícium-karbid anyagon belül fókuszálja, a szilícium-karbidot amorf szilíciumra és amorf szénre bontja az „amorf-fekete ismétlődő abszorpció” révén, és egy réteget képez az ostya elválasztási pontjaként, nevezetesen a fekete réteget, amely ezáltal a fényt könnyen elnyeli, amorfabbá teszi. ostya.
Az Infineon által felvásárolt Siltectra által kifejlesztett cold split ostya technológia nemcsak a különféle típusú tömbök ostyákra osztását teszi lehetővé, hanem ostyánként akár 80 μm veszteséget is eredményez, ami 90%-kal csökkenti az anyagveszteséget, végső soron akár 30%-kal csökkenti az eszközök teljes gyártási költségét. A hidegvágási technológia két szakaszból áll: először a lézeres expozíció delaminációs réteget hoz létre a tuskón, ami a szilícium-karbid anyag térfogatának kitágulását idézi elő, ami húzófeszültséget hoz létre, és nagyon keskeny mikro{4}}repedésréteget képez; majd egy polimer hűtési lépésben ezeket a mikro{5}}repedéseket fő repedéssé dolgozzák fel, végül elválasztják az ostyát a megmaradt öntvénytől. 2019-ben ennek a technológiának egy harmadik fél által végzett értékelése{8}} azt mérte, hogy a hasított lapkák Ra felületi érdessége kisebb, mint 3 µm, a legjobb eredmény pedig 2 µm alatti.
A hazai nagycsaládos lézercég által kifejlesztett módosított lézervágás egy olyan lézeres technológia, amely a félvezető lapkákat egyedi chipekre vagy szemcsékre választja szét. Ez a folyamat magában foglalja az ostya belső letapogatását is precíziós lézersugárral, hogy egy módosított réteget képezzenek, lehetővé téve az ostya kitágulását a lézeres pásztázási útvonalon az alkalmazott feszültség hatására, így precíz elválasztás érhető el.
Jelenleg a hazai gyártók elsajátították a szilícium-karbid habarccsal történő vágásának technológiáját, de a forgácsolási veszteség nagy, a hatékonyság alacsony és a szennyezés súlyos, amelyet fokozatosan felváltanak a gyémánthuzal-vágási technológia. Ugyanakkor a lézeres vágás teljesítmény- és hatékonyságbeli előnyei kiemelkedőek, és számos előnyt kínálnak a hagyományos mechanikus érintkezési feldolgozási technológiákhoz képest, beleértve a magas feldolgozási hatékonyságot, a keskeny szeletelési útvonalakat és a nagy forgácssűrűséget, ami erős versenytárssá teszi a gyémánthuzalvágási technológia leváltásában, és új utat nyit a következő generációs félvezető anyagok, például a szilícium-karbid alkalmazásában. Az ipari technológia fejlődésével a szilícium-karbid hordozók mérete folyamatosan növekszik, és a szilícium-karbid vágási technológia gyorsan fejlődik; a hatékony és jó minőségű-lézervágás a jövőben a szilícium-karbid vágás egyik fontos trendje lesz.
