Analyse av nøkkellaserparametere for GaAs Stealth Dicing

Teoretisk analyse av laserparametere er avgjørende for prosessbehovsprogrammet og tekniske krav, usynlig skjæring bør være basert på wafermaterialegenskapene for å velge riktig laserbølgelengde, slik at laseren kan overføres gjennom waferoverflatelaget og danner et fokuspunkt inne i waferen (den såkalte semi-transparente bølgelengden). Den primære betingelsen er at laserfotonenergien er mindre enn absorpsjonsbåndgapet til GaAs-materiale, som er optisk transparente egenskaper. Bare når fotonene ikke absorberes av materialet eller en liten mengde av det, vil optikken vise gjennomsiktige egenskaper. Fotonabsorpsjon kan forårsake elektroner i forskjellige tilstander mellom hoppet, slik at elektronene fra det lave energinivået hopper til det høye energinivået. Styrken til lysenergiabsorpsjon i halvledere er vanligvis beskrevet av absorpsjonskoeffisienten. Forutsatt en lysintensitet på I(x) og en absorpsjonskoeffisient på (i cm-1) per enhetsavstand, er den absorberte energien i dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Da kan den interne lysintensiteten til halvlederen uttrykkes som I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
hvor absorpsjonskoeffisienten er en funksjon av lysenergien, og absorpsjonskoeffisientens avhengighet av lysenergien (bølgelengde, bølgetall eller frekvens) kalles absorpsjonsspekteret. Figur 1 viser absorpsjonsspektra for vanlige halvledermaterialer (f.eks. Si, Ge, GaAs, etc.), bølgelengden i nærheten av 0.87 μm GaAs absorpsjonskoeffisient gjennomgår en drastisk endring skyldes absorpsjon av fotonenergi av bærerne av GaAs, slik at den genereres ved å hoppe fra det lave energinivået til det høye energinivået. I denne forbindelse kan ikke en laserstråle med en bølgelengde kortere enn 0.87 μm passere gjennom en GaAs-wafer, mens en bølgelengde større enn 0.87 μm kan passere gjennom GaAs. denne bølgelengden er langbølgelengdegrensen for λ0 for GaAs-materialer.

Bølgelengden til lys som tilsvarer langbølgelengdegrensen λ0 bestemmer minimum fotonenergi som kan forårsake egenabsorpsjon i halvledere, og det eksisterer en frekvensgrense v 0 som tilsvarer frekvensen. Når frekvensen er lavere enn v 0 (eller bølgelengden er lengre enn λ0), er det umulig å produsere egenabsorpsjon, og absorpsjonskoeffisienten avtar raskt, og denne bølgelengden λ{{5} } (eller frekvensgrensen v 0) kalles den indre absorpsjonsgrensen for halvledere.
Bølgelengden til lysbølgen der egenabsorpsjon kan oppstå er mindre enn eller lik den forbudte båndbredden, det vil si:
hν{{0}}F.eks.=hc/λ0 (3)
Hvor: For eksempel er den forbudte båndbredden til halvledermaterialer; h er Plancks konstant; c er lysets hastighet. Substitusjon kan oppnås:
λ0=1.24/f.eks. (4)
Beregning kan oppnås Si langbølgegrense λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs langbølgegrense λ0 ≈ 0.867 μm for brikkens tredimensjonale integrasjon av GaAs-wafere, selv om tykkelsen på waferen, urenhetssammensetningen og dens innhold av faktorer som den spektrale absorbansen har en innvirkning på GaAs-materialet absorberer hovedsakelig bølgelengder på 0.87 μm eller mindre, inkludert nær-ultrafiolette bølgelengder av lys, og nær-infrarøde bølgelengder av det lengre lyset. Passhastigheten er bedre for de lengre bølgelengdene av nær-infrarødt lys. Derfor stealth cutting GaAs materiale wafere, vanligvis velge bølgelengden på 1064 nm infrarød laser (laser full cut vanligvis velge ultrafiolett laser); stealth cutting Si-materiale wafere, velger vanligvis bølgelengden på 1342 nm infrarød laser, slik at laserlyset gjennom overflaten av waferen, i fokuslinsen, for eksempel rollen til de optiske institusjonene, waferen i midten av den øvre og nedre overflater av waferen mellom overflaten av fokuseringen av det valgbare. Samtidig, så langt som mulig for å redusere den innfallende overflaten og laserfokuset mellom materialet laget av laserabsorpsjonseffekten.
GaAs stealth dicing velger en ultrakort pulset infrarød laserstråle med høy repetisjonsfrekvens, lasereffekt større enn 5 W, og pulsbreddetid mindre enn 100 ns, for å komprimere laserabsorpsjonsenergien til terskelnivået for å oppnå en mer ønskelig effekt av modifikasjonslaget og for å kontrollere det varmepåvirkede området. Absorpsjonskoeffisienten øker faktisk eksponentielt med økende temperatur. Derfor er pulsbreddeparameteren også veldig kritisk, ikke for liten for å sikre at nok energi absorberes i fokusområdet til å danne det modifiserte laget, og ikke for stor til å la temperaturen i området rundt det modifiserte laget være for høy . Figur 2(a) viser GaAs-waferprøven etter usynlig skjæring, og figur 2(b) viser den kuttede delen av GaAs-waferprøven etter usynlig kutting med mikroskop, som viser at langs tykkelsesretningen til den 100 μm tykke prøven, få mikrometer bredt og 30 μm tykt modifikasjonslag dannes i det midtre laget av waferen. Fra fig. 16(b) kan en vertikal sprekklinje observeres som strekker seg fra toppen og bunnen av SD-laget til front- og bakoverflatene av brikken. Sponseparasjonseffekten avhenger i stor grad av hvor langt denne vertikale sprekken strekker seg til forsiden og baksiden av brikken.