Analyse des paramètres laser clés pour le découpage furtif GaAs

L'analyse théorique des paramètres laser est cruciale pour le programme de demande de processus et les exigences techniques. La découpe invisible doit être basée sur les propriétés du matériau de la plaquette pour sélectionner la longueur d'onde laser appropriée, afin que le laser puisse être transmis à travers la couche superficielle de la plaquette, formant un point focal. à l'intérieur de la plaquette (la longueur d'onde dite semi-transparente). La condition principale est que l’énergie des photons laser soit inférieure à la bande interdite d’absorption du matériau GaAs, qui présente des caractéristiques optiquement transparentes. Ce n'est que lorsque les photons ne sont pas absorbés par le matériau ou par une petite quantité de celui-ci que l'optique présente des caractéristiques transparentes. L'absorption des photons peut provoquer des électrons dans différents états entre les sauts, de sorte que les électrons du niveau d'énergie faible passent au niveau d'énergie élevé. La force d’absorption de l’énergie lumineuse dans les semi-conducteurs est généralement décrite par le coefficient d’absorption. En supposant une intensité lumineuse de I(x) et un coefficient d'absorption de (en cm-1) par unité de distance, l'énergie absorbée en dx est :
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Ensuite, l'intensité lumineuse interne du semi-conducteur peut être exprimée par I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
où le coefficient d'absorption est fonction de l'énergie lumineuse, et la dépendance du coefficient d'absorption sur l'énergie lumineuse (longueur d'onde, nombre d'onde ou fréquence) est appelée spectre d'absorption. La figure 1 montre les spectres d'absorption de matériaux semi-conducteurs courants (par exemple, Si, Ge, GaAs, etc.), la longueur d'onde au voisinage de 0. Le coefficient d'absorption de GaAs de 87 μm subit un changement radical en raison de l'absorption de l'énergie photonique par les porteurs de GaAs, de sorte qu'elle soit générée en passant du niveau d'énergie faible au niveau d'énergie élevé. À cet égard, un faisceau laser d'une longueur d'onde inférieure à 0,87 μm ne peut pas traverser une plaquette de GaAs, tandis qu'une longueur d'onde supérieure à 0,87 μm peut traverser le GaAs. cette longueur d'onde est la limite de longueur d'onde longue de λ0 pour les matériaux GaAs.

La longueur d'onde de la lumière correspondant à la limite de longueur d'onde longue λ0 détermine l'énergie minimale des photons pouvant provoquer une absorption intrinsèque dans les semi-conducteurs, et il existe une limite de fréquence v 0 correspondant à la fréquence. Lorsque la fréquence est inférieure à v 0 (ou que la longueur d'onde est plus longue que λ0), il est impossible de produire une absorption intrinsèque, et le coefficient d'absorption diminue rapidement, et cette longueur d'onde λ{{5} } (ou la limite de fréquence v 0) est appelée limite d'absorption intrinsèque des semi-conducteurs.
La longueur d'onde de l'onde lumineuse à laquelle l'absorption intrinsèque peut se produire est inférieure ou égale à la bande passante interdite, soit :
hν{{0}}Par exemple=hc/λ0 (3)
Où : Par exemple, est la bande passante interdite des matériaux semi-conducteurs ; h est la constante de Planck ; c est la vitesse de la lumière. La substitution peut être obtenue :
λ0=1.24/Par exemple (4)
Le calcul peut être obtenu Si limite d'onde longue λ0 ≈ 1,1 μm, limite d'onde longue GaAs λ0 ≈ 0.867 μm pour l'intégration tridimensionnelle de la puce de tranches de GaAs, bien que l'épaisseur de la tranche, la composition en impuretés et sa teneur en facteurs tels que l'absorbance spectrale aient un impact sur le matériau GaAs qui absorbe principalement les longueurs d'onde de 0,87 μm ou moins, y compris les longueurs d'onde proches de l'ultraviolet. de lumière et les longueurs d'onde proches de l'infrarouge de la lumière plus longue. Le taux de transmission est meilleur pour les longueurs d'onde plus longues de la lumière proche infrarouge. Par conséquent, pour couper furtivement des tranches de matériau GaAs, choisissez généralement la longueur d'onde du laser infrarouge de 1064 nm (la découpe complète au laser choisit généralement le laser ultraviolet) ; Les tranches de matériau Si coupant furtivement choisissent généralement la longueur d'onde du laser infrarouge de 1342 nm, de sorte que la lumière laser traverse la surface de la tranche, dans la lentille de focalisation, comme le rôle des institutions optiques, la tranche au milieu de la partie supérieure et les surfaces inférieures de la plaquette entre la surface de focalisation du sélectionnable. Dans le même temps, autant que possible pour réduire la surface incidente et la focalisation laser entre la couche matérielle de l'effet d'absorption laser.
Le découpage furtif GaAs sélectionne un faisceau laser infrarouge pulsé ultracourt avec une fréquence de répétition élevée, une puissance laser supérieure à 5 W et un temps de largeur d'impulsion inférieur à 100 ns, pour comprimer l'énergie d'absorption laser au niveau seuil afin d'obtenir un effet plus souhaitable de la couche de modification et pour contrôler la région affectée par la chaleur. Le coefficient d’absorption augmente en fait de façon exponentielle avec l’augmentation de la température. Par conséquent, le paramètre de largeur d'impulsion est également très critique, pas trop petit pour garantir qu'une quantité suffisante d'énergie soit absorbée dans la région de focalisation pour former la couche modifiée, et pas trop grand pour permettre à la température de la région autour de la couche modifiée d'être trop élevée. . La figure 2 (a) montre l'échantillon de plaquette de GaAs après découpe invisible, et la figure 2 (b) montre la section coupée de l'échantillon de plaquette de GaAs après découpe invisible au microscope, ce qui montre que dans le sens de l'épaisseur de l'échantillon de 100 µm d'épaisseur, un Une couche de modification de quelques micromètres de large et de 30 µm d'épaisseur est formée dans la couche intermédiaire de la plaquette. Sur la figure 16 (b), une ligne de fissure verticale peut être observée s'étendant du haut et du bas de la couche SD jusqu'aux surfaces avant et arrière de la puce. L'effet de séparation des copeaux dépend grandement de la mesure dans laquelle cette fissure verticale s'étend aux surfaces avant et arrière du copeau.