01 Introducció
El tallat de les hòsties és un pas important en la fabricació de dispositius semiconductors. El mètode de tall i la qualitat afecten directament el gruix, la rugositat, les dimensions i els costos de producció de l'hòstia, i tenen un impacte significatiu en la fabricació del dispositiu. El carbur de silici, com a material semiconductor de tercera-generació, és un material crucial per promoure la revolució elèctrica. El cost de producció de carbur de silici cristal·lí d'alta-qualitat és extremadament elevat, i sovint hi ha el desig de tallar un lingot de carbur de silici gran en tants substrats prims d'hòsties de carbur de silici com sigui possible. Al mateix temps, el desenvolupament industrial ha comportat un augment de la mida de les hòsties, fet que augmenta les demandes dels processos de tall. No obstant això, el material de carbur de silici té una duresa extremadament alta, amb una duresa Mohs de 9,5, només per darrere del diamant més dur del món (10), i també té la fragilitat dels cristalls, cosa que dificulta el tall. Actualment, la indústria sol utilitzar el tall de filferro de purín o el tall de serra de filferro de diamant. Durant el tall, es col·loca una serra de filferro fixa a intervals iguals al voltant del lingot de carbur de silici i, tensant la serra de filferro, es tallen les hòsties de carbur de silici. L'ús del mètode de serra de filferro per separar les hòsties d'un lingot de 6-polzades de diàmetre triga unes 100 hores. Les hòsties resultants no només tenen un tall relativament gran, sinó també una rugositat superficial més gran, la qual cosa comporta pèrdues de material fins al 46%. Això augmenta el cost d'utilitzar materials de carbur de silici i restringeix el seu desenvolupament a la indústria dels semiconductors, fent urgent la recerca de noves tecnologies de tall per a hòsties de carbur de silici. El principi d'aquest mètode és utilitzar un raig làser enfocat per modificar el substrat des de la superfície del material o internament, separant-lo així. Com que es tracta d'un procés sense contacte, evita els efectes del desgast de l'eina i l'estrès mecànic. Per tant, millora molt la rugositat i la precisió de la superfície de l'hòstia, elimina la necessitat de processos de polit posteriors, redueix la pèrdua de material, redueix els costos i minimitza la contaminació ambiental causada pels processos tradicionals de poliment i poliment. La tecnologia de tall per làser s'ha aplicat durant molt de temps al tall de lingots de silici, però la seva aplicació en el camp del carbur de silici encara no està madura, amb algunes tecnologies principals disponibles actualment.
2Tall làser-guiat per aigua
La tecnologia làser-guiada per aigua (Laser MicroJet, LMJ), també coneguda com a tecnologia làser microjet, funciona segons el principi d'enfocar un raig làser en un broquet quan el làser passa per una cambra d'aigua-modulada a pressió; un corrent d'aigua a baixa pressió-s'expulsa del broquet. A la interfície de l'aigua i l'aire, a causa de la diferència d'índexs de refracció, es forma una guia d'ona de llum, que permet que el làser es propagui al llarg de la direcció del flux d'aigua, aconseguint així tallar la superfície del material mitjançant una guia d'aigua a alta pressió-. El principal avantatge dels làsers-guiats per aigua rau en la qualitat del tall; el flux d'aigua no només refreda la zona de tall, reduint la deformació tèrmica i els danys del material, sinó que també s'emporta els residus de processament. En comparació amb el tall de serra de filferro, la seva velocitat augmenta significativament. No obstant això, l'absorció de diferents longituds d'ona per l'aigua varia, limitant les longituds d'ona del làser utilitzades principalment a 1064 nm, 532 nm i 355 nm. El 1993, el científic suís Beruold Richerzhagen va proposar per primera vegada aquesta tecnologia, i la seva empresa, Synova, s'especialitza en la investigació i la industrialització del làser guiada a l'aigua. l'escenari internacional, mentre que la tecnologia nacional està relativament endarrerida, amb empreses com Inno Laser i Shengguang Silicon Research en desenvolupament.
03 Daus furtius
Stealth Dicing (SD) consisteix a enfocar un làser a través de la superfície del carbur de silici a l'interior del xip, creant una capa modificada a la profunditat desitjada per aconseguir la separació de les hòsties. Com que no hi ha talls a la superfície de l'hòstia, es pot aconseguir una major precisió de processament. El procés SD que utilitza làsers de pols de nanosegons s'ha utilitzat a la indústria per separar hòsties de silici. No obstant això, durant el processament SD del carbur de silici induït per làsers polsats de nanosegons, es produeixen efectes tèrmics perquè la durada del pols és molt més llarga que el temps d'acoblament entre electrons i fonons en carbur de silici (de l'ordre de picosegons). L'elevada aportació tèrmica a l'hòstia no només fa que la separació tendeixi a desviar-se de la direcció desitjada, sinó que també genera una tensió residual important, donant lloc a fractures i escissió deficient. Per tant, els processos làser SD de pols ultra-s'utilitzen generalment quan es processen carbur de silici, reduint molt els efectes tèrmics.
L'empresa japonesa DISCO ha desenvolupat una tecnologia de tall per làser anomenada Key Amorphe-Black Repetitive Absorption (KABRA), utilitzant l'exemple del processament d'un lingot de cristall de carbur de silici amb un diàmetre de 6 polzades i un gruix de 20 mm, que ha augmentat quatre vegades la taxa de producció d'hòsties de carbur de silici. L'essència del procés KABRA centra el làser dins del material de carbur de silici, descomposant el carbur de silici en silici amorf i carboni amorf mitjançant "absorció repetitiva-amorfa negra", i formant una capa com a punt de separació de l'hòstia, és a dir, la capa negra amorfa, que absorbeix més llum, facilitant així la fàcil separació de l'hòstia.
La tecnologia d'hòsties dividides en fred desenvolupada per Siltectra, adquirida per Infineon, no només permet dividir diversos tipus de lingots en hòsties, sinó que també provoca una pèrdua de tan sols 80 μm per hòstia, reduint la pèrdua de material en un 90% i, finalment, reduint el cost total de producció dels dispositius fins a un 30%. La tecnologia de tall en fred implica dues etapes: en primer lloc, l'exposició làser crea una capa de delaminació al lingot, fent que el material de carbur de silici s'expandeixi en volum, la qual cosa crea una tensió de tracció i forma una capa de micro-esquerda molt estreta; després, a través d'un pas de refredament del polímer, aquestes micro-esquerdes es processen en una esquerda principal, separant finalment l'hòstia del lingot restant. El 2019, una avaluació de tercers-d'aquesta tecnologia va mesurar que la rugositat superficial Ra de les hòsties dividides era inferior a 3 µm, i els millors resultats van ser inferiors a 2 µm.
El tall làser modificat desenvolupat per una gran empresa domèstica de làser familiar és una tecnologia làser que separa les hòsties de semiconductors en xips o grans individuals. Aquest procés també implica escanejar l'hòstia internament amb un feix làser de precisió per formar una capa modificada, permetent que l'hòstia s'expandeixi al llarg del camí d'escaneig làser sota la tensió aplicada, aconseguint una separació precisa.
Actualment, els fabricants nacionals han dominat la tecnologia de tall de carbur de silici amb morter, però la pèrdua de tall és gran, l'eficiència és baixa i la contaminació és severa, que s'està substituint gradualment per la tecnologia de tall de filferro de diamant. Al mateix temps, els avantatges de rendiment i eficiència del tall per làser són destacats, oferint molts avantatges en comparació amb les tecnologies tradicionals de processament de contactes mecànics, com ara una alta eficiència de processament, camins de tall estrets i alta densitat d'encenall, el que el converteix en un fort competidor per substituir la tecnologia de tall de filferro de diamant i obrint una nova via per a l'aplicació de materials semiconductors de silici de- generació de propera generació. Amb el desenvolupament de la tecnologia industrial, la mida dels substrats de carbur de silici continua augmentant i la tecnologia de tall de carbur de silici es desenvoluparà ràpidament; El tall per làser eficient i d'alta-qualitat serà una tendència important en el tall de carbur de silici en el futur.
