Analisis Parameter Laser Utama Untuk GaAs Stealth Dicing

Analisis teoritis parameter laser sangat penting untuk program permintaan proses dan persyaratan teknis, pemotongan tak kasat mata harus didasarkan pada sifat bahan wafer untuk memilih panjang gelombang laser yang sesuai, sehingga laser dapat ditransmisikan melalui lapisan permukaan wafer, membentuk titik fokus. di dalam wafer (yang disebut panjang gelombang semi-transparan). Kondisi utamanya adalah energi foton laser lebih kecil dari celah pita serapan bahan GaAs, yang merupakan karakteristik transparan secara optik. Hanya ketika foton tidak diserap oleh materi atau jumlahnya sedikit, optik akan menunjukkan karakteristik transparan. Penyerapan foton dapat menyebabkan elektron-elektron berada dalam keadaan yang berbeda antar loncatannya, sehingga elektron-elektron dari tingkat energi yang rendah melompat ke tingkat energi yang tinggi. Kekuatan serapan energi cahaya pada semikonduktor biasanya digambarkan dengan koefisien serapan. Dengan asumsi intensitas cahaya sebesar I(x) dan koefisien serapan (dalam cm-1) per satuan jarak, energi yang diserap dalam dx adalah:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Maka intensitas cahaya internal semikonduktor dapat dinyatakan sebagai I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
dimana koefisien serapan merupakan fungsi dari energi cahaya, dan ketergantungan koefisien serapan pada energi cahaya (panjang gelombang, bilangan gelombang atau frekuensi) disebut spektrum serapan. Gambar 1 menunjukkan spektrum serapan bahan semikonduktor umum (misalnya Si, Ge, GaAs, dll.), panjang gelombang di sekitar 0.87 μm Koefisien serapan GaAs mengalami perubahan drastis karena serapan energi foton oleh pembawa GaAs, sehingga dihasilkan dengan melompat dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi. Dalam hal ini, sinar laser dengan panjang gelombang lebih pendek dari 0,87 μm tidak dapat melewati wafer GaAs, sedangkan panjang gelombang lebih besar dari 0,87 μm dapat melewati GaAs. panjang gelombang ini adalah batas panjang gelombang panjang λ0 untuk bahan GaAs.

Panjang gelombang cahaya yang sesuai dengan batas panjang gelombang panjang λ0 menentukan energi foton minimum yang dapat menyebabkan penyerapan intrinsik dalam semikonduktor, dan terdapat batas frekuensi v 0 yang sesuai dengan frekuensi tersebut. Ketika frekuensi lebih rendah dari v 0 (atau panjang gelombang lebih panjang dari λ0), tidak mungkin menghasilkan serapan intrinsik, dan koefisien serapan menurun dengan cepat, dan panjang gelombang ini λ{{5} } (atau batas frekuensi v 0) disebut batas serapan intrinsik semikonduktor.
Panjang gelombang gelombang cahaya dimana penyerapan intrinsik dapat terjadi kurang dari atau sama dengan bandwidth terlarang, yaitu:
hν{{0}}Misalnya=hc/λ0 (3)
Dimana: Misalnya adalah bandwidth terlarang dari bahan semikonduktor; h adalah konstanta Planck; c adalah kecepatan cahaya. Pergantian dapat diperoleh:
λ0=1.24/Misalnya (4)
Perhitungan dapat diperoleh batas gelombang panjang Si λ0 ≈ 1,1 μm, batas gelombang panjang GaAs λ0 ≈ 0.867 μm untuk integrasi chip tiga dimensi wafer GaAs, meskipun ketebalan wafer, komposisi pengotor dan kandungan faktor seperti serapan spektral berdampak pada bahan GaAs terutama menyerap panjang gelombang 0,87 μm atau kurang, termasuk panjang gelombang mendekati ultraviolet cahaya, dan panjang gelombang inframerah dekat dari cahaya yang lebih panjang. Tingkat kelulusan lebih baik untuk panjang gelombang cahaya inframerah dekat yang lebih panjang. Oleh karena itu, pemotongan wafer bahan GaAs secara diam-diam, biasanya memilih panjang gelombang laser inframerah 1064 nm (laser potongan penuh umumnya memilih laser ultraviolet); pemotongan siluman wafer bahan Si, biasanya memilih panjang gelombang laser inframerah 1342 nm, sehingga sinar laser menembus permukaan wafer, pada lensa pemfokusan, seperti peran lembaga optik, wafer di tengah atas dan permukaan bawah wafer antara permukaan fokus yang dapat dipilih. Pada saat yang sama, sejauh mungkin untuk mengurangi permukaan insiden dan fokus laser antara lapisan material dari efek penyerapan laser.
Pemotongan siluman GaAs memilih sinar laser inframerah berdenyut ultrapendek dengan frekuensi pengulangan tinggi, daya laser lebih besar dari 5 W, dan waktu lebar pulsa kurang dari 100 ns, untuk memampatkan energi penyerapan laser ke tingkat ambang batas untuk mendapatkan efek yang lebih diinginkan. lapisan modifikasi dan untuk mengontrol wilayah yang terkena dampak panas. Koefisien penyerapan sebenarnya meningkat secara eksponensial dengan meningkatnya suhu. Oleh karena itu, parameter lebar pulsa juga sangat penting, tidak terlalu kecil untuk memastikan cukup energi yang diserap di daerah fokus untuk membentuk lapisan yang dimodifikasi, dan tidak terlalu besar untuk membuat suhu daerah sekitar lapisan yang dimodifikasi menjadi terlalu tinggi. . Gambar 2(a) menunjukkan sampel wafer GaAs setelah pemotongan tak terlihat, dan Gambar 2(b) menunjukkan bagian potongan sampel wafer GaAs setelah pemotongan tak kasat mata dengan mikroskop, yang menunjukkan bahwa sepanjang arah ketebalan sampel setebal 100 μm, a lapisan modifikasi dengan lebar beberapa mikrometer dan tebal 30 μm terbentuk di lapisan tengah wafer. Dari Gambar 16(b), garis retakan vertikal dapat diamati memanjang dari atas dan bawah lapisan SD hingga permukaan depan dan belakang chip. Efek pemisahan chip sangat bergantung pada seberapa jauh retakan vertikal meluas ke permukaan depan dan belakang chip.