การวิเคราะห์พารามิเตอร์เลเซอร์ที่สำคัญสำหรับ GaAs Stealth Dicing

การวิเคราะห์ทางทฤษฎีของพารามิเตอร์เลเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโปรแกรมความต้องการกระบวนการและข้อกำหนดทางเทคนิค การตัดที่มองไม่เห็นควรขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุเวเฟอร์เพื่อเลือกความยาวคลื่นเลเซอร์ที่เหมาะสม เพื่อให้สามารถส่งเลเซอร์ผ่านชั้นพื้นผิวเวเฟอร์ ก่อตัวเป็นจุดโฟกัส ภายในแผ่นเวเฟอร์ (ที่เรียกว่าความยาวคลื่นกึ่งโปร่งใส) เงื่อนไขหลักคือพลังงานโฟตอนของเลเซอร์น้อยกว่าช่องว่างแถบดูดกลืนของวัสดุ GaAs ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่โปร่งใสทางแสง เฉพาะเมื่อโฟตอนไม่ถูกดูดซับโดยวัสดุหรือในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น เลนส์จึงจะแสดงคุณลักษณะที่โปร่งใส การดูดซับโฟตอนอาจทำให้เกิดอิเล็กตรอนในสถานะต่างๆ ระหว่างการกระโดด ดังนั้นอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานต่ำจะกระโดดไปสู่ระดับพลังงานสูง ความแรงของการดูดกลืนพลังงานแสงในเซมิคอนดักเตอร์มักจะอธิบายด้วยค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง สมมติว่าความเข้มของแสง I(x) และสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง (เป็นซม.-1) ต่อหน่วยระยะทาง พลังงานที่ดูดซับในหน่วย dx จะเป็น:
ได(x)=- -ฉัน(x)dx (1)
จากนั้น ความเข้มแสงภายในของเซมิคอนดักเตอร์สามารถแสดงเป็น I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเป็นฟังก์ชันของพลังงานแสง และการขึ้นต่อกันของค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงกับพลังงานแสง (ความยาวคลื่น เลขคลื่น หรือความถี่) เรียกว่าสเปกตรัมการดูดกลืนแสง รูปที่ 1 แสดงสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป (เช่น Si, Ge, GaAs เป็นต้น) ความยาวคลื่นในบริเวณใกล้เคียง 0.87 μm GaAs สัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงประสบการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงเนื่องจากการดูดกลืนของ พลังงานโฟตอนโดยพาหะของ GaAs จึงถูกสร้างขึ้นโดยการกระโดดจากระดับพลังงานต่ำไปสู่ระดับพลังงานสูง ในเรื่องนี้ ลำแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 0.87 μm ไม่สามารถผ่านเวเฟอร์ GaAs ได้ ในขณะที่ความยาวคลื่นมากกว่า 0.87 μm สามารถผ่าน GaAs ได้ ความยาวคลื่นนี้คือขีดจำกัดความยาวคลื่นยาวที่ γ 0 สำหรับวัสดุ GaAs

ความยาวคลื่นของแสงที่สอดคล้องกับขีดจำกัดความยาวคลื่นยาว γ0 เป็นตัวกำหนดพลังงานโฟตอนขั้นต่ำที่สามารถทำให้เกิดการดูดกลืนแสงภายในเซมิคอนดักเตอร์ และมีขีดจำกัดความถี่ v 0 ที่สอดคล้องกับความถี่ เมื่อความถี่ต่ำกว่า v 0 (หรือความยาวคลื่นยาวกว่า γ0) มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้เกิดการดูดกลืนแสงจากภายใน และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว และความยาวคลื่นนี้ γ{{5} } (หรือขีดจำกัดความถี่ v 0) เรียกว่าขีดจำกัดการดูดซับภายในของเซมิคอนดักเตอร์
ความยาวคลื่นของคลื่นแสงที่การดูดกลืนแสงภายในสามารถเกิดขึ้นได้จะน้อยกว่าหรือเท่ากับแบนด์วิธที่ต้องห้าม กล่าวคือ:
hν{{0}}เช่น=hc/λ0 (3)
โดยที่: เช่น คือแบนด์วิธที่ต้องห้ามของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ h คือค่าคงที่ของพลังค์ c คือความเร็วแสง สามารถรับการทดแทนได้:
ลา0=1.24/เช่น (4)
การคำนวณสามารถรับขีดจำกัดคลื่นยาวของ Si λ0 µm 1.1 μm, ขีดจำกัดคลื่นยาวของ GaAs แลมบ์ดา λ0 ความเข้มข้น 0.867 μm สำหรับการบูรณาการสามมิติของชิป ของเวเฟอร์ GaAs แม้ว่าความหนาของเวเฟอร์ องค์ประกอบสิ่งเจือปน และเนื้อหาที่เป็นปัจจัยต่างๆ เช่น การดูดกลืนแสงสเปกตรัม มีผลกระทบต่อวัสดุ GaAs โดยส่วนใหญ่จะดูดซับความยาวคลื่นที่ 0.87 μm หรือน้อยกว่า รวมถึงความยาวคลื่นใกล้อัลตราไวโอเลต ของแสง และความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดของแสงที่ยาวกว่า อัตราการผ่านจะดีกว่าสำหรับแสงที่มีความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดที่ดีกว่า ดังนั้นเวเฟอร์วัสดุตัด GaAs มักจะเลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์อินฟราเรด 1,064 นาโนเมตร (เลเซอร์ตัดเต็มโดยทั่วไปเลือกเลเซอร์อัลตราไวโอเลต); การลักลอบตัดเวเฟอร์วัสดุ Si มักจะเลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์อินฟราเรด 1342 นาโนเมตร เพื่อให้แสงเลเซอร์ผ่านพื้นผิวของเวเฟอร์ในเลนส์โฟกัส เช่นบทบาทของสถาบันแสง เวเฟอร์ที่อยู่ตรงกลางของส่วนบน และพื้นผิวด้านล่างของแผ่นเวเฟอร์ระหว่างพื้นผิวของการโฟกัสที่เลือกได้ ในเวลาเดียวกันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดพื้นผิวที่ตกกระทบและการโฟกัสด้วยเลเซอร์ระหว่างชั้นวัสดุของเอฟเฟกต์การดูดกลืนแสงเลเซอร์
GaAs Stealth Dicing เลือกลำแสงเลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลส์แบบสั้นเกินขีดที่มีความถี่การทำซ้ำสูง กำลังเลเซอร์มากกว่า 5 W และเวลาความกว้างพัลส์น้อยกว่า 100 ns เพื่อบีบอัดพลังงานการดูดกลืนแสงเลเซอร์ให้ถึงระดับเกณฑ์ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการมากขึ้น ชั้นปรับเปลี่ยนและควบคุมบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น พารามิเตอร์ความกว้างพัลส์จึงมีความสำคัญมากเช่นกัน ไม่น้อยเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานจะถูกดูดซับเพียงพอในบริเวณโฟกัสเพื่อสร้างเลเยอร์ที่ถูกแก้ไข และไม่ใหญ่เกินไปที่จะทำให้อุณหภูมิของบริเวณรอบๆ ชั้นที่ถูกดัดแปลงสูงเกินไป . รูปที่ 2(a) แสดงตัวอย่างเวเฟอร์ GaAs หลังจากการตัดที่มองไม่เห็น และรูปที่ 2(b) แสดงส่วนที่ตัดของตัวอย่างเวเฟอร์ GaAs หลังจากการตัดที่มองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าตามทิศทางความหนาของตัวอย่างหนา 100 μm a ชั้นดัดแปลงที่มีความกว้างไม่กี่ไมโครเมตรและหนา 30 ไมโครเมตรถูกสร้างขึ้นในชั้นกลางของเวเฟอร์ จากรูปที่ 16(b) สามารถสังเกตเห็นเส้นรอยแตกแนวตั้งที่ขยายจากด้านบนและด้านล่างของชั้น SD ไปยังพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของชิป ผลการแยกเศษขึ้นอยู่กับว่ารอยแตกแนวตั้งจะขยายไปถึงพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของชิปมากน้อยเพียงใด