01Uvod
Rezanje pločica je važan korak u proizvodnji poluvodičkih uređaja. Način i kvalitet rezanja direktno utiču na debljinu, hrapavost, dimenzije i troškove proizvodnje vafla, te imaju značajan uticaj na proizvodnju uređaja. Silicijum karbid, kao poluprovodnički materijal treće-generacije, je ključni materijal za promicanje električne revolucije. Troškovi proizvodnje visoko{4}}kvalitetnog kristalnog silicijum karbida su izuzetno visoki i često postoji želja da se veliki ingot silicijum karbida iseče na što je moguće više tanjih podloga od silicijum karbida. Istovremeno, industrijski razvoj je doveo do povećanja veličine pločice, što povećava zahtjeve za procesima rezanja. Međutim, materijal od silicijum karbida ima izuzetno visoku tvrdoću, sa tvrdoćom po Mohsu od 9,5, drugi iza najtvrđeg dijamanta na svetu (10), a takođe ima i krhkost kristala, što ga čini teškim za rezanje. Trenutno, industrija obično koristi sečenje žicama ili dijamantskom žicom. Tokom rezanja, fiksna žičana testera se postavlja u jednakim intervalima oko ingota silicijum karbida, a zatezanjem žičane testere izrezuju se pločice od silicijum karbida. Korištenjem metode žičane pile za odvajanje pločica od ingota prečnika 6- ingota potrebno je oko 100 sati. Rezultirajuće oblatne ne samo da imaju relativno veliki rez, već i veću hrapavost površine, što dovodi do gubitaka materijala do čak 46%. Ovo povećava troškove upotrebe materijala od silicijum karbida i ograničava njegov razvoj u industriji poluprovodnika, što čini hitnim istraživanje novih tehnologija rezanja pločica od silicijum karbida. Poslednjih godina upotreba tehnologije laserskog rezanja postala je sve popularnija u proizvodnji i obradi poluprovodničkih materijala. Princip ove metode je korištenje fokusiranog laserskog snopa za modificiranje podloge sa površine ili iznutra materijala, čime se odvaja. Budući da je ovo beskontaktni proces, izbjegavaju se efekti habanja alata i mehaničkog naprezanja. Stoga uvelike poboljšava hrapavost površine i preciznost pločice, eliminira potrebu za naknadnim procesima poliranja, smanjuje gubitak materijala, smanjuje troškove i minimizira zagađenje okoliša uzrokovano tradicionalnim procesima brušenja i poliranja. Tehnologija laserskog rezanja dugo se primjenjuje na sečenje silicijumskih ingota, ali njena primjena u polju silicijum karbida još uvijek nije zrela, s nekoliko glavnih tehnologija koje su trenutno dostupne.
2Lasersko rezanje-vođeno vodom
Laserska tehnologija{0}}vođena vodom (Laser MicroJet, LMJ), poznata i kao laserska mikrodžet tehnologija, radi na principu fokusiranja laserskog snopa na mlaznicu kada laser prolazi kroz vodenu komoru{1}}moduliranu pritiskom; mlaz vode pod niskim-pritiskom se izbacuje iz mlaznice. Na granici vode i zraka, zbog razlike u indeksima prelamanja, formira se svjetlosni talasovod, koji omogućava laseru da se širi duž smjera strujanja vode, čime se postiže rezanje površine materijala kroz-vodenje vodenog mlaza pod visokim pritiskom. Glavna prednost lasera-vođenih vodom leži u kvalitetu rezanja; Protok vode ne samo da hladi područje rezanja, smanjujući termičku deformaciju i oštećenje materijala, već i odnosi ostatke obrade. U poređenju sa rezanjem žicom, njegova brzina je značajno povećana. Međutim, apsorpcija različitih talasnih dužina vodom varira, ograničavajući talasne dužine lasera koje se uglavnom koriste na 1064 nm, 532 nm i 355 nm. 1993. godine, švicarski naučnik Beruold Richerzhagen prvi je predložio ovu tehnologiju, a njegova kompanija Synova se specijalizirala za istraživanje vode{14} laserske tehnologije. na međunarodnoj sceni, dok domaća tehnologija relativno zaostaje, s kompanijama kao što su Inno Laser i Shengguang Silicon Research koji se aktivno razvijaju.
03Stealth Dicing
Stealth Dicing (SD) uključuje fokusiranje lasera kroz površinu silicijum karbida u unutrašnjost čipa, stvarajući modifikovani sloj na željenoj dubini kako bi se postiglo odvajanje vafla. Kako nema rezova na površini vafla, može se postići veća preciznost obrade. SD proces koji koristi nanosekundne pulsne lasere se koristi u industriji za odvajanje silikonskih pločica. Međutim, tokom SD obrade silicijum karbida induciranog nanosekundnim impulsnim laserima, dolazi do termičkih efekata jer je trajanje impulsa mnogo duže od vremena sprege između elektrona i fonona u silicijum karbidu (reda pikosekundi). Visok termalni unos u pločicu ne samo da čini da odvajanje odstupa od željenog smjera, već također stvara značajno zaostalo naprezanje, što dovodi do lomova i lošeg cijepanja. Stoga se ultra-laserski SD procesi s ultra-kratkim impulsom generalno koriste prilikom obrade silicijum karbida, što značajno smanjuje termičke efekte.
Japanska kompanija DISCO razvila je tehnologiju laserskog rezanja pod nazivom Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA), na primjeru obrade kristalnog ingota silicijum karbida prečnika 6 inča i debljine 20 mm, što je povećalo stopu proizvodnje silicijum karbidnih pločica za četiri puta. Suština KABRA procesa fokusira laser unutar silicijum karbidnog materijala, razgrađujući silicijum karbid na amorfni silicijum i amorfni ugljenik kroz 'amorfnu-crnu ponavljajuću apsorpciju', i formirajući sloj kao tačku razdvajanja za pločicu, odnosno tamni sloj koji olakšava apsorpciju crnog amorfa. wafer.
Tehnologija hladnog cijepanja pločica koju je razvila Siltectra, koju je kupio Infineon, ne samo da omogućava da se različite vrste ingota podijele na pločice, već također rezultira gubitkom od samo 80 μm po pločici, smanjujući gubitak materijala za 90%, što u konačnici smanjuje ukupne troškove proizvodnje uređaja do 30%. Tehnologija hladnog rezanja uključuje dvije faze: prvo, lasersko izlaganje stvara sloj odslojavanja na ingotu, uzrokujući da se materijal silicijum karbida širi u zapremini, što stvara zatezni napon i formira veoma uski sloj mikro{4}}pukotine; zatim, kroz korak hlađenja polimera, ove mikro-pukotine se obrađuju u glavnu pukotinu, na kraju odvajajući pločicu od preostalog ingota. U 2019. godini, procjena treće strane-o ovoj tehnologiji izmjerila je da je hrapavost površine Ra cijepanih pločica manja od 3 µm, a najbolji rezultati su ispod 2 µm.
Modifikovano lasersko rezanje koje je razvila domaća velika porodična laserska kompanija je laserska tehnologija koja razdvaja poluprovodničke pločice na pojedinačne čipove ili zrna. Ovaj proces takođe uključuje unutrašnje skeniranje pločice preciznim laserskim snopom kako bi se formirao modifikovani sloj, omogućavajući da se pločica širi duž putanje laserskog skeniranja pod primenjenim naprezanjem, postižući precizno odvajanje.
Trenutno su domaći proizvođači savladali tehnologiju rezanja silicijum karbida malterom, ali gubitak rezanja je veliki, efikasnost je niska, a zagađenje je ozbiljno, koje se postepeno zamenjuje tehnologijom rezanja dijamantske žice. Istovremeno, prednosti laserskog rezanja u pogledu performansi i efikasnosti su istaknute, nudeći mnoge prednosti u poređenju s tradicionalnim tehnologijama mehaničke obrade kontakta, uključujući visoku efikasnost obrade, uske staze rezanja i veliku gustinu strugotine, što ga čini jakim konkurentom za zamjenu tehnologije rezanja dijamantske žice i otvara novi put za primjenu materijala sljedeće-konstrukcije kao što je silicon carbiductor generacije. Sa razvojem industrijske tehnologije, veličina supstrata od silicijum karbida nastavlja da se povećava, a tehnologija rezanja silicijum karbida će se brzo razvijati; efikasno i{3}}kvalitetno lasersko rezanje će biti važan trend u rezanju silicijum karbida u budućnosti.
