In der Halbleiterfertigung ist Präzision der König. Von fortschrittlichen Logikchips bis hin zu Hochleistungsgeräten beeinflusst die Integrität der Wafer direkt die Ausbeute, Leistung und langfristige Zuverlässigkeit. One of the most subtle but critical challenges in laser-based microfabrication is controlling the Heat Affected Zone (HAZ)—the microscopic region surrounding a laser-processed area where thermal energy alters material propertiesDie Minimierung von HAZ ist besonders für Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und andere breitbandschichtige Halbleiterwafer unerlässlich.wo selbst winzige thermische Verzerrungen zu Riss oder Verformung führen können.

Das Problem herkömmlicher Nanosekundenlaser

Traditionelle Nanosekunden (ns) pulsierte Laser liefern Energie über Zehntausende von Nanosekunden.Wenn ein Nanosekunden-Puls auf eine Halbleiterwafer trifftDie Folgen sind unter anderem:

1. Thermische Ausdehnung und Mikrokrecken: Lokalisierte Erwärmung verursacht eine vorübergehende Ausdehnung, die bei zerbrechlichen Materialien wie SiC zu mikroskopischen Frakturen führen kann.

2. Material Umformung und Trümmer ️ Geschmolzenes Material kann sich ungleichmäßig verfestigen, was umformbare Schichten hinterlässt, die die anschließende Verarbeitung oder Leistung des Geräts beeinträchtigen.

3. Restbelastung und Warpage Ungleichmäßige Erwärmung führt zu internen Belastungen, die besonders für Wafer mit großem Durchmesser problematisch sind.

In Halbleiterfabriken mit hohem Volumen führen diese Effekte zu geringerer Ausbeute und höheren Kosten pro Chip.

EingabePicosekundenlaser: Ultra-Schnell, Ultra-Genau

Picosecond (ps) -Lasern emittieren Impulse in der Größenordnung von 10^-12 Sekunden, etwa 1.000 Mal kürzer als Nanosekundenlaser.Diese ultrakurze Impulsdauer verändert grundlegend, wie Energie mit der Wafer interagiert.:

• Das Laser induziert eine schnelle Elektronenerregung, die durch die Schmelze des Materials verursacht wird.Die Bindungen brechen fast sofort.Dieses Verfahren, oft "Kaltablation" genannt, entfernt Material mit minimalem Wärmeleitungsvermögen in die umliegenden Bereiche.

• Minimale Hitzebefallszone Diese Präzision ist entscheidend für empfindliche Muster in Hochspannungs-SiC-Geräten oder Hochfrequenz-GaN-Transistoren.

• Verbesserte Mikrostrukturelle Integrität: Durch die Vermeidung eines längeren Schmelzes bewahren Pikosekundenlaser das Kristallgitter und verhindern Mikrokrecks, Spannungsaufbau und Verzerrung.

Fallstudie: SiC Wafer Schreiben

Man betrachte das Wafer-Schreiben, ein Verfahren, das verwendet wird, um zerkleinerte Chips von der großen Wafer zu trennen.Während Picosekundenlaser die HAZ auf weniger als wenige Mikrometer beschränkenDieser Unterschied ist nicht nur kosmetisch; er verbessert direkt den Druckertrag, reduziert die Spaltungen an den Kanten und erhöht die Zuverlässigkeit des Geräts, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen.

Über HAZ hinaus: Picosekundenlaser ermöglichen neue Verarbeitungsmöglichkeiten

Zusätzlich zur überlegenen HAZ-Steuerung bieten Picosekundenlaser zusätzliche Vorteile, die Innovationen in der Halbleiterherstellung vorantreiben:

• 3D-Mikrostrukturierung Die Präzision ermöglicht komplexe Geometrien wie Mikrovia, Kanäle oder Wellenleitungen in GaN-on-Si- oder SiC-Substraten.

• Reduzierte Nachbearbeitung: Weniger thermische Schäden reduzieren den Bedarf an chemischem Ätzen oder mechanischem Polieren, was Zeit spart und die Kontaminationsrisiken verringert.

• Kompatibilität mit transparenten Substraten Ultraschnelle Impulse können Saphir oder andere optische Substrate ohne Rissen verarbeiten und damit Wege für die Optoelektronik und die Laseroptik öffnen.

Schlussfolgerung

Für Halbleiterwafer der nächsten Generation, bei denen thermische Empfindlichkeit, Materialbrüchigkeit und mikroskopische Präzision von größter Bedeutung sind, stellen Picosekundenlaser einen Paradigmenwechsel dar.Durch Einschränkung der Hitze betroffenen Zone auf fast Null-Dimensionen, schützen diese ultraschnellen Laser die Waferintegrität, maximieren die Ausbeute und ermöglichen Verarbeitungsmöglichkeiten, die bisher mit Nanosekunden-Technologie unmöglich waren.und zuverlässigere Geräte, sind Picosekundenlaser nicht nur ein Werkzeug, sie sind ein Zukunftsfaktor für die Halbleiterherstellung.