01Увод
Резање плочица је важан корак у производњи полупроводничких уређаја. Начин и квалитет резања директно утичу на дебљину, храпавост, димензије и трошкове производње плочице и имају значајан утицај на производњу уређаја. Силицијум карбид, као полупроводнички материјал треће-генерације, је кључни материјал за промовисање електричне револуције. Цена производње високо{4}}квалитетног кристалног силицијум карбида је изузетно висока и често постоји жеља да се велики ингот силицијум карбида исече на што је могуће више тањих подлога од силицијум карбида. Истовремено, индустријски развој је довео до повећања величине плочице, што подиже захтеве за процесима сечења. Међутим, материјал од силицијум карбида има изузетно високу тврдоћу, са тврдоћом по Мохсу од 9,5, други након најтврђег дијаманта на свету (10), а такође има и крхкост кристала, што га чини тешким за сечење. Тренутно, индустрија обично користи сечење жицама или дијамантском тестером. Током сечења, фиксна жичана тестера се поставља у једнаким интервалима око ингота силицијум карбида, а затезањем жичане тестере изрезују се плочице од силицијум карбида. Коришћење методе жичане тестере за одвајање плочица од ингота пречника 6- траје око 100 сати. Добијене плочице не само да имају релативно велики рез, већ и већу храпавост површине, што доводи до губитака материјала чак до 46%. Ово повећава трошкове коришћења материјала од силицијум карбида и ограничава његов развој у индустрији полупроводника, што чини хитно истраживање нових технологија резања плочица од силицијум карбида. Последњих година, употреба технологије ласерског сечења је постала све популарнија у производњи и обради полупроводничких материјала. Принцип ове методе је коришћење фокусираног ласерског зрака за модификовање подлоге са површине материјала или изнутра, чиме се одваја. Пошто је ово бесконтактни процес, избегавају се ефекти хабања алата и механичког напрезања. Због тога у великој мери побољшава храпавост површине и прецизност плочице, елиминише потребу за накнадним процесима полирања, смањује губитак материјала, смањује трошкове и минимизира загађење животне средине узроковано традиционалним процесима брушења и полирања. Технологија ласерског сечења се дуго примењује на сечење силицијумских ингота, али њена примена у области силицијум карбида још увек није зрела, са неколико главних технологија које су тренутно доступне.
2Ласерско сечење-вођено водом
Ласерска технологија{0}}вођена водом (Ласер МицроЈет, ЛМЈ), позната и као ласерска микроџет технологија, функционише на принципу фокусирања ласерског зрака на млазницу када ласер прође кроз{1}}модулисану водену комору; млаз воде под ниским-притиском се избацује из млазнице. На граници воде и ваздуха, због разлике у индексима преламања, формира се светлосни таласовод, који омогућава ласеру да се шири дуж правца тока воде, чиме се постиже сечење површине материјала кроз вођење воденог млаза под високим{4}}притиском. Главна предност ласера-навођених водом лежи у квалитету сечења; Проток воде не само да хлади подручје сечења, смањујући термичку деформацију и оштећење материјала, већ и одводи остатке обраде. У поређењу са резањем тестером, његова брзина је значајно повећана. Међутим, апсорпција воде различитих таласних дужина варира, ограничавајући таласне дужине ласера који се углавном користе на 1064 нм, 532 нм и 355 нм. 1993. године, швајцарски научник Беруолд Рицхерзхаген први је предложио ову технологију, а његова компанија Синова се специјализовала за истраживање воде{14} ласерске технологије} на међународној сцени, док домаћа технологија релативно заостаје, а компаније као што су Инно Ласер и Схенггуанг Силицон Ресеарцх се активно развијају.
03Стеалтх Дицинг
Стеалтх Дицинг (СД) укључује фокусирање ласера кроз површину силицијум карбида у унутрашњост чипа, стварајући модификовани слој на жељеној дубини како би се постигло раздвајање плочица. Пошто на површини облатне нема резова, може се постићи већа прецизност обраде. СД процес који користи наносекундне пулсне ласере је коришћен у индустрији за одвајање силицијумских плочица. Међутим, током СД обраде силицијум карбида индукованог наносекундним импулсним ласерима, долази до термичких ефеката јер је трајање импулса много дуже од времена спреге између електрона и фонона у силицијум карбиду (реда пикосекунди). Висок топлотни унос у плочицу не само да чини да раздвајање одступа од жељеног правца, већ такође ствара значајно заостало напрезање, што доводи до ломова и лошег цепања. Због тога се ласерски СД процеси ултра-кратких импулса генерално користе приликом обраде силицијум карбида, што значајно смањује термичке ефекте.
Јапанска компанија ДИСЦО развила је технологију ласерског сечења под називом Кеи Аморпхоус-Блацк Репетитиве Абсорптион (КАБРА), на примеру обраде кристалног ингота силицијум карбида пречника 6 инча и дебљине 20 мм, чиме је повећана брзина производње силицијум карбидних плочица за четири пута. Суштина КАБРА процеса фокусира ласер унутар материјала силицијум карбида, разграђујући силицијум карбид на аморфни силицијум и аморфни угљеник кроз 'аморфну-црну понављајућу апсорпцију', и формирајући слој као тачку раздвајања за плочицу, односно тамни слој који олакшава апсорпцију црног аморфа. вафер.
Технологија хладног раздвајања плочице коју је развила Силтецтра, коју је купио Инфинеон, не само да омогућава да се различите врсте ингота поделе на плочице, већ и резултира губитком од само 80 μм по плочици, смањујући губитак материјала за 90%, што на крају смањује укупне трошкове производње уређаја до 30%. Технологија хладног резања укључује две фазе: прво, излагање ласеру ствара слој одвајања на инготу, узрокујући да се материјал силицијум карбида шири у запремини, што ствара затезни напон и формира веома уски слој микро-пукотина; затим, кроз корак хлађења полимера, ове микро-пукотине се обрађују у главну пукотину, на крају одвајајући плочицу од преосталог ингота. У 2019. години, процена треће стране-измерила је да је храпавост површине Ра подељених плочица мања од 3 µм, са најбољим резултатима испод 2 µм.
Модификовано ласерско сечење које је развила домаћа велика породична ласерска компанија је ласерска технологија која раздваја полупроводничке плочице на појединачне чипове или зрна. Овај процес такође укључује унутрашње скенирање плочице прецизним ласерским снопом да би се формирао модификовани слој, омогућавајући да се плочица шири дуж путање ласерског скенирања под примењеним напрезањем, постижући прецизно одвајање.
Тренутно су домаћи произвођачи савладали технологију резања силицијум карбида малтером, али губитак резања је велики, ефикасност је ниска, а загађење је озбиљно, што се постепено замењује технологијом резања дијамантске жице. Истовремено, предности ласерског сечења у погледу перформанси и ефикасности су истакнуте, нудећи многе предности у поређењу са традиционалним технологијама механичке обраде контакта, укључујући високу ефикасност обраде, уске путање сечења и велику густину струготине, што га чини јаким конкурентом за замену технологије сечења дијамантском жицом и отвара нови пут за примену материјала следеће-конструкције као што је силикон царбидуктор генерације. Са развојем индустријске технологије, величина подлога од силицијум карбида наставља да се повећава, а технологија резања силицијум карбида ће се брзо развијати; ефикасно и{3}}квалитетно ласерско сечење ће бити важан тренд у резању силицијум карбида у будућности.
