【摘要】：隨著半導體技術(shù)的發(fā)展,半導體晶圓制造工藝受到研究人員的重視。半導體晶圓經(jīng)過光刻、離子注入及電鍍等工藝后,在其表面制作形成集成電路,并被切割成單個晶片,以便于封裝及測試。半導體晶圓襯底通常為硅或藍寶石等脆性材料,這些材料硬度較高,且容易破碎。目前常見的晶圓劃片工藝主要包括機械砂輪切割、激光表面燒蝕、隱形激光切割和水導激光切割等。機械砂輪劃片工藝劃切道較寬,導致晶圓利用率下降,且砂輪磨損嚴重使用成本較高;激光表面燒蝕加工具有速度快、成本低的優(yōu)點,但該工藝會產(chǎn)生熱影響區(qū),影響晶圓表面質(zhì)量;隱形激光劃片是一種新型的激光加工工藝,但由于晶圓分離面易被燒蝕損傷,會降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率。本文提出水冷卻下晶圓激光熱裂法加工,并對相關工藝進行優(yōu)化,可以減少材料熱影響區(qū)面積,提高表面質(zhì)量。本文提出水冷卻下晶圓激光熱裂法加工工藝,并研究水冷卻下激光熱裂法加工機理。熱裂法加工是由于加工過程中材料內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度,從而在內(nèi)部產(chǎn)生熱應力而分離。通過建立激光熱裂法加工模型并仿真可知,采用熱裂法加工時,激光照射區(qū)域前部受到拉應力作用,中部受到壓應力作用,后部也受到拉應力作用,材料表面產(chǎn)生I型裂紋擴展從而分離。當采用不同冷卻條件及光斑形狀加工時,材料表面拉應力分布存在較大區(qū)別,加工時需要選擇合適的工藝。針對熱裂法加工時拉應力較小難以分離的問題,本文提出斷裂引導線加工作為熱裂法加工前道工序。當材料表面存在斷裂引導線時,熱裂法加工會在引導線尖端產(chǎn)生應力集中,使晶圓更容易發(fā)生熱裂分離。隨著引導線深度的進一步增加,應力強度因子進一步增大。當引導線具有較大的深度時,晶圓更容易沿著裂紋引導線的位置分離。當加工引導線采用較高激光功率、較慢加工速度及多次重復加工時,引導線深度增加。仿真及實驗后發(fā)現(xiàn),提高激光功率密度導致引導線寬度增加,難以滿足熱裂法加工需求。多次重復加工能顯著增加引導線深度,并對寬度影響較小。與此同時,引導線兩側(cè)存在熔融材料的堆積,表面質(zhì)量較差。因此斷裂引導線加工前對晶圓表面進行保護處理,可以獲得較高的表面質(zhì)量。搭建晶圓激光熱裂法加工實驗平臺并進行加工實驗,分析激光熱裂分離機理。水冷卻下激光熱裂法加工晶圓橫截面分為引導線加工層、熱影響層、熱應力分離層和氮化鎵薄膜層。晶圓分離面光滑,熱影響區(qū)小。該工藝加工效率較高,具有較強的實用性。熱裂法劃片與隱形激光劃片相比,理論發(fā)光效率提高約9%。熱裂法加工中常出現(xiàn)裂紋斷裂偏移現(xiàn)象,本文分析晶圓熱裂法加工偏移機理,研究加工工藝對偏移的影響。針對晶圓視覺預對準自動化程度較低的問題,本文提出基于傅里葉變換及基于最小二乘法晶圓預對準算法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的水流束預對準算法。該算法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的精度要求,對于不同類型晶圓加工無需調(diào)整,具有較強的通用性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN305

【參考文獻】

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本文編號：2788891