【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,半導(dǎo)體晶圓制造工藝受到研究人員的重視。半導(dǎo)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(gè)晶片,以便于封裝及測(cè)試。半導(dǎo)體晶圓襯底通常為硅或藍(lán)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(jī)械砂輪切割、激光表面燒蝕、隱形激光切割和水導(dǎo)激光切割等。機(jī)械砂輪劃片工藝劃切道較寬,導(dǎo)致晶圓利用率下降,且砂輪磨損嚴(yán)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(diǎn),但該工藝會(huì)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(huì)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(duì)相關(guān)工藝進(jìn)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(jī)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(yīng)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(shí),激光照射區(qū)域前部受到拉應(yīng)力作用,中部受到壓應(yīng)力作用,后部也受到拉應(yīng)力作用,材料表面產(chǎn)生I型裂紋擴(kuò)展從而分離。當(dāng)采用不同冷卻條件及光斑形狀加工時(shí),材料表面拉應(yīng)力分布存在較大區(qū)別,加工時(shí)需要選擇合適的工藝。針對(duì)熱裂法加工時(shí)拉應(yīng)力較小難以分離的問題,本文提出斷裂引導(dǎo)線加工作為熱裂法加工前道工序。當(dāng)材料表面存在斷裂引導(dǎo)線時(shí),熱裂法加工會(huì)在引導(dǎo)線尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中,使晶圓更容易發(fā)生熱裂分離。隨著引導(dǎo)線深度的進(jìn)一步增加,應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)一步增大。當(dāng)引導(dǎo)線具有較大的深度時(shí),晶圓更容易沿著裂紋引導(dǎo)線的位置分離。當(dāng)加工引導(dǎo)線采用較高激光功率、較慢加工速度及多次重復(fù)加工時(shí),引導(dǎo)線深度增加。仿真及實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),提高激光功率密度導(dǎo)致引導(dǎo)線寬度增加,難以滿足熱裂法加工需求。多次重復(fù)加工能顯著增加引導(dǎo)線深度,并對(duì)寬度影響較小。與此同時(shí),引導(dǎo)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(dǎo)線加工前對(duì)晶圓表面進(jìn)行保護(hù)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn),分析激光熱裂分離機(jī)理。水冷卻下激光熱裂法加工晶圓橫截面分為引導(dǎo)線加工層、熱影響層、熱應(yīng)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(qiáng)的實(shí)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(jī)理,研究加工工藝對(duì)偏移的影響。針對(duì)晶圓視覺預(yù)對(duì)準(zhǔn)自動(dòng)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(yù)對(duì)準(zhǔn)算法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水流束預(yù)對(duì)準(zhǔn)算法。該算法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的精度要求,對(duì)于不同類型晶圓加工無需調(diào)整,具有較強(qiáng)的通用性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN305

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2788891