01
Rhagymadrodd
Mae deisio wafferi yn rhan bwysig o weithgynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion. Mae'r dull deisio a'r ansawdd yn effeithio'n uniongyrchol ar drwch, garwedd, dimensiynau a chostau cynhyrchu'r wafer, ac yn cael effaith sylweddol ar wneuthuriad dyfeisiau. Mae silicon carbid, fel deunydd lled-ddargludyddion trydedd genhedlaeth, yn ddeunydd pwysig sy'n gyrru'r chwyldro trydanol. Mae cost cynhyrchu carbid silicon crisialog o ansawdd uchel yn hynod o uchel, ac yn gyffredinol mae pobl yn gobeithio torri ingot carbid silicon mawr i gynifer o swbstradau afrlladen carbid silicon tenau â phosibl. Ar yr un pryd, mae twf y diwydiant wedi arwain at feintiau wafferi cynyddol fwy, sydd wedi cynyddu'r gofynion ar gyfer prosesau deisio. Fodd bynnag, mae carbid silicon yn hynod o galed, gyda chaledwch Mohs o 9.5, yn ail yn unig i ddiemwnt (10), ac mae hefyd yn frau, gan ei gwneud hi'n anodd ei dorri. Ar hyn o bryd, mae dulliau diwydiannol yn gyffredinol yn defnyddio llifio gwifren slyri neu lifio gwifren diemwnt. Wrth dorri, gosodir llifiau gwifren sefydlog â bylchau cyfartal o amgylch yr ingot carbid silicon, a thorrir yr ingot gan ddefnyddio llifiau gwifren estynedig. Gan ddefnyddio'r dull llifio gwifren, mae gwahanu wafferi oddi wrth ingot diamedr 6 modfedd yn cymryd tua 100 awr. Mae gan y wafferi canlyniadol kerfs cymharol eang, arwynebau mwy garw, a cholledion materol mor uchel â 46%. Mae hyn yn cynyddu cost defnyddio deunyddiau carbid silicon ac yn cyfyngu ar eu datblygiad yn y diwydiant lled-ddargludyddion, gan amlygu'r angen dybryd am ymchwil i dechnolegau deisio wafferi silicon carbid newydd.
Yn y blynyddoedd diwethaf, mae'r defnydd o dechnoleg torri laser wedi dod yn fwyfwy poblogaidd mewn gweithgynhyrchu deunydd lled-ddargludyddion. Mae'r dull hwn yn gweithio trwy ddefnyddio pelydr laser â ffocws i addasu arwyneb y deunydd neu'r tu mewn, a thrwy hynny ei wahanu. Fel proses ddigyswllt, mae'n osgoi traul offer a straen mecanyddol. Felly, mae'n gwella garwedd a manwl gywirdeb arwyneb waffer yn fawr, yn dileu'r angen am brosesau sgleinio dilynol, yn lleihau colli deunydd, yn lleihau costau, ac yn lleihau llygredd amgylcheddol a achosir gan falu a sgleinio traddodiadol. Mae technoleg torri laser wedi'i chymhwyso ers amser maith i ddisio ingot silicon, ond mae ei gymhwysiad ym maes carbid silicon yn dal i fod yn anaeddfed. Ar hyn o bryd, mae yna nifer o brif dechnegau.
02
Dŵr-Torri â Laser dan Arweiniad
Mae technoleg laser dan arweiniad dŵr (Laser MicroJet, LMJ), a elwir hefyd yn dechnoleg laser micro, yn gweithredu ar yr egwyddor o ganolbwyntio pelydr laser ar ffroenell wrth iddo fynd trwy siambr ddŵr wedi'i modiwleiddio dan bwysau. Mae jet dŵr gwasgedd isel yn cael ei daflu o'r ffroenell, ac oherwydd y gwahaniaeth yn y mynegai plygiant yn y rhyngwyneb aer dŵr, mae canllaw tonnau ysgafn yn cael ei ffurfio, sy'n caniatáu i'r laser ymledu ar hyd cyfeiriad llif y dŵr. Mae hyn yn arwain jet dŵr pwysedd uchel i brosesu a thorri arwyneb y deunydd. Prif fantais torri laser dan arweiniad dŵr yw ei ansawdd torri. Mae'r llif dŵr nid yn unig yn oeri'r ardal dorri, gan leihau anffurfiad thermol a difrod thermol i'r deunydd, ond hefyd yn cael gwared ar falurion prosesu. O'i gymharu â thorri llif gwifren, mae'n sylweddol gyflymach. Fodd bynnag, oherwydd bod dŵr yn amsugno gwahanol donfeddi laser i raddau amrywiol, mae'r donfedd laser yn gyfyngedig, yn bennaf i 1064 nm, 532 nm, a 355 nm.
Ym 1993, cynigiodd y gwyddonydd Swistir Beruold Richerzhagen y dechnoleg hon gyntaf. Sefydlodd Synova, cwmni sy'n ymroddedig i ymchwilio, datblygu a masnacheiddio-technoleg laser dan arweiniad dŵr, sydd ar flaen y gad yn rhyngwladol. Mae technoleg ddomestig yn gymharol ar ei hôl hi, ond mae cwmnïau fel Innolight a Shengguang Silicon Research wrthi'n ei ddatblygu.
03
Stealth Dicing
Mae Stealth Dicing (SD) yn dechneg lle mae laser wedi'i ganolbwyntio y tu mewn i wafer carbid silicon trwy ei wyneb i ffurfio haen wedi'i haddasu ar y dyfnder a ddymunir, gan alluogi gwahanu wafferi. Gan nad oes unrhyw doriadau ar wyneb y wafer, gellir cyflawni cywirdeb prosesu uwch. Mae'r broses DC gyda laserau pwls nanosecond eisoes wedi'i ddefnyddio'n ddiwydiannol ar gyfer gwahanu wafferi silicon. Fodd bynnag, yn ystod prosesu SD o garbid silicon a achosir gan laserau pwls nanosecond, mae hyd y pwls yn llawer hirach na'r amser cyplu rhwng electronau a phonons mewn carbid silicon (ar raddfa picosecond), gan arwain at effeithiau thermol. Mae'r mewnbwn thermol uchel ar y wafer nid yn unig yn gwneud y gwahaniad yn dueddol o wyro o'r cyfeiriad a ddymunir ond hefyd yn cynhyrchu straen gweddilliol sylweddol, gan arwain at doriadau a holltiad gwael. Felly, wrth brosesu carbid silicon, mae'r broses SD fel arfer yn defnyddio laserau pwls ultrashort, sy'n lleihau effeithiau thermol yn fawr.
Mae'r cwmni o Japan, DISCO, wedi datblygu technoleg torri laser o'r enw Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA). Er enghraifft, wrth brosesu 6-ingotau carbid silicon diamedr, 20 mm o drwch, cynyddodd cynhyrchiant wafferi carbid silicon bedair gwaith. Mae proses KABRA yn ei hanfod yn canolbwyntio'r laser y tu mewn i'r deunydd carbid silicon. Trwy 'amsugniad ailadroddus amorffaidd-du,' mae'r carbid silicon yn cael ei ddadelfennu i mewn i silicon amorffaidd a charbon amorffaidd, gan ffurfio haen sy'n gwasanaethu fel pwynt gwahanu wafferi, a elwir yn haen amorffaidd du, sy'n amsugno mwy o olau, gan ei gwneud hi'n llawer haws gwahanu'r wafferi.
Gall y dechnoleg wafferi Cold Split a ddatblygwyd gan Siltectra, a gaffaelwyd gan Infineon, nid yn unig rannu gwahanol fathau o ingotau yn wafferi ond hefyd yn lleihau colled materol hyd at 90%, gyda phob waffer yn colli cyn lleied ag 80µm, gan ostwng cyfanswm costau cynhyrchu dyfeisiau hyd at 30% yn y pen draw. Mae technoleg Hollti Oer yn cynnwys dau gam: yn gyntaf, mae laser yn arbelydru'r ingot i greu haen delaminiad, gan achosi ehangu cyfaint mewnol yn y deunydd carbid silicon, sy'n cynhyrchu straen tynnol ac yn ffurfio crac micro cul iawn; yna, mae cam oeri polymer yn troi'r crac micro yn brif grac, gan wahanu'r waffer oddi wrth yr ingot sy'n weddill yn y pen draw. Yn 2019, gwerthusodd trydydd parti y dechnoleg hon a mesurodd garwedd arwyneb Ra y wafferi hollt i fod yn llai na 3µm, gyda'r canlyniadau gorau yn llai na 2µm.
Mae'r deisio laser wedi'i addasu a ddatblygwyd gan y cwmni Tsieineaidd Han's Laser yn dechnoleg laser a ddefnyddir i wahanu wafferi lled-ddargludyddion yn sglodion unigol neu'n marw. Mae'r broses hon hefyd yn defnyddio pelydr laser manwl gywir i sganio a ffurfio haen wedi'i haddasu y tu mewn i'r wafer, gan ganiatáu i'r wafer gracio ar hyd y llwybr sgan laser o dan straen cymhwysol, gan sicrhau gwahaniad manwl gywir.
Ffigur 5. Llif Proses Deisio Laser wedi'i Addasu
Ar hyn o bryd, mae gweithgynhyrchwyr domestig wedi meistroli technoleg deisio carbid silicon sy'n seiliedig ar slyri. Fodd bynnag, mae gan ddeisio slyri golled deunydd uchel, effeithlonrwydd isel, a llygredd difrifol, ac yn raddol mae technoleg deisio gwifrau diemwnt yn cael ei ddisodli. Ar yr un pryd, mae deisio laser yn sefyll allan oherwydd ei fanteision perfformiad ac effeithlonrwydd. O'i gymharu â thechnolegau prosesu cyswllt mecanyddol traddodiadol, mae'n cynnig llawer o fanteision, gan gynnwys effeithlonrwydd prosesu uchel, llinellau ysgrifennydd cul, a dwysedd kerf uchel, gan ei gwneud yn gystadleuydd cryf i ddisodli deisio gwifren diemwnt. Mae'n agor llwybr newydd ar gyfer cymhwyso deunyddiau lled-ddargludyddion cenhedlaeth nesaf fel silicon carbid. Gyda datblygiad technoleg ddiwydiannol a'r cynnydd parhaus mewn meintiau swbstrad carbid silicon, bydd technoleg deisio carbid silicon yn datblygu'n gyflym, a bydd deisio laser effeithlon, o ansawdd uchel yn duedd bwysig ar gyfer torri carbid silicon yn y dyfodol.
