RU2509391C1 - Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules - Google Patents
Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509391C1 RU2509391C1 RU2012140639/28A RU2012140639A RU2509391C1 RU 2509391 C1 RU2509391 C1 RU 2509391C1 RU 2012140639/28 A RU2012140639/28 A RU 2012140639/28A RU 2012140639 A RU2012140639 A RU 2012140639A RU 2509391 C1 RU2509391 C1 RU 2509391C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scribing
- groove
- radiation
- protective coating
- forming
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dicing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, к технологии изготовления полупроводниковых приборов и предназначено для использования в сборке мозаичных фотоприемных модулей большого формата из фотоприемных модулей меньшей площади, установленных стык в стык друг к другу на общем основании.The invention relates to semiconductor devices, to the manufacturing technology of semiconductor devices and is intended for use in the assembly of large-format mosaic photodetector modules from smaller photodetector modules installed joint to joint on a common basis.
Известен способ формирования граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей (патент США №5214261 на изобретение, МПК 5 В23К 26/00), заключающийся в том, что используя эксимерный лазер с излучением, соответствующим полосе глубокого ультрафиолета, осуществляют скрайбирование приборной пластины, при этом поддерживают положение и направление перемещения пучка излучения относительно приборной пластины, приводящее к абляции и фоторазрушению материала пластины и в конечном результате к разрезанию приборной пластины. В способе ориентируют пучок излучения относительно приборной пластины примерно под углом 5° от нормали к поверхности пластины в сторону движения пучка. В качестве эксимерного лазера используют лазер с активной средой на хлориде ксенона, дающий излучение длиной волны 308 нм.A known method of forming the faces of the chip for mosaic photodetector modules (US patent No. 5214261 for invention,
К недостаткам приведенного аналога относится низкая эффективность преобразования изображений в мозаичном фотоприемном модуле, для которого грани каждого из чипов сформированы данным способом, довольно узкая область применения мозаичных фотоприемных модулей, изготовленных с использованием известного способа.The disadvantages of this analogue include the low efficiency of image conversion in a mosaic photodetector module, for which the edges of each of the chips are formed by this method, a rather narrow scope of mosaic photodetector modules made using the known method.
Недостатки обусловлены следующим.The disadvantages are due to the following.
Используемое положение пучка излучения относительно приборной пластины при его перемещении характеризуется довольно значительным отклонением от нормали в сторону его движения - около 5°, что обуславливает небольшую глубину канавки при скрайбировании. При расколе приборной пластины на кристаллы (чипы) происходит формирование ступеньки размером, равным половине ширины канавки. Наличие указанной ступеньки на гранях чипов приводит при сборке мозаичного фотоприемного модуля к образованию зазоров между фотоприемными модулями и, как следствие, потерям в изображении.The used position of the radiation beam relative to the instrument plate during its movement is characterized by a rather significant deviation from the normal towards its movement - about 5 °, which leads to a small depth of the groove during scribing. When the dashboard is split into crystals (chips), a step is formed with a size equal to half the width of the groove. The presence of this step on the faces of the chips during assembly of the mosaic photodetector module leads to the formation of gaps between the photodetector modules and, as a result, to image losses.
За ближайший аналог принят способ формирования граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей (патент США №6849524 на изобретение, МПК 7 H01L 21/46), заключающийся в том, что наносят защитное покрытие на планарную сторону приборной пластины, затем фиксируют приборную пластину непланарной стороной на адгезивной ленте и размещают на столике для скрайбирования, после чего, используя лазер, производят скрайбирование и осуществляют раскалывание приборной пластины по скрайбовым канавкам, далее проводят очистку поверхностей чипов в чистящем растворе для удаления шлака, образующегося в процессе скрайбирования лазером, осколков после раскалывания, удаляют защитное покрытие.The closest analogue is the method of forming chip faces for mosaic photodetector modules (US patent No. 6849524 for the invention,
К недостаткам способа, приведенного в качестве ближайшего аналога, относится низкая эффективность преобразования изображений в мозаичном фотоприемном модуле, для которого грани каждого из чипов сформированы данным способом; довольно узкая область применения мозаичных фотоприемных модулей, изготовленных с использованием известного способа.The disadvantages of the method shown as the closest analogue include the low efficiency of image conversion in a mosaic photodetector module, for which the edges of each of the chips are formed by this method; a rather narrow scope of mosaic photodetector modules made using the known method.
Недостатки обусловлены следующим.The disadvantages are due to the following.
Скрайбирование осуществляют в режиме одного прохода. При этом из-за образования расплава ширина канавки меняется с каждым импульсом, на краях канавки в результате расплава материала приборной пластины формируется буртик. Указанный буртик на краях чипов препятствует их гибридизации в фотоприемные модули, являющиеся исходными элементами для мозаичного фотоприемного модуля, посредством технологии монтажа методом перевернутого кристалла (Hip-chip) с помощью индиевых столбов из чипов кремниевых схем считывания и многоэлементных фоточувствительных матриц. Часть элементов фоточувствительных матриц не охвачена из-за наличия буртика гибридной сборкой, не участвует в формировании изображения, что приводит к потере в изображении в мозаичном фотоприемном модуле.Scribing is carried out in a single pass mode. In this case, due to the formation of the melt, the width of the groove changes with each pulse, a bead is formed on the edges of the groove as a result of the melt of the material of the instrument plate. The specified flange on the edges of the chips prevents their hybridization into photodetector modules, which are the starting elements for a mosaic photodetector module, using Hip-chip mounting technology using indium columns made of silicon chip reading circuits and multi-element photosensitive arrays. Some of the elements of the photosensitive matrices are not covered due to the collar of the hybrid assembly, are not involved in image formation, which leads to a loss in the image in the mosaic photodetector module.
Кроме того, при однопроходном скрайбировании происходит следующее. На начальном этапе скрайбирования ширина канавки увеличивается с каждым последующим импульсом, расплав выдавливается парами материала на поверхность. По мере углубления канавки наступает момент, когда давление паров в выбросе материала становится недостаточным для выдавливания расплава на поверхность, и он остается на стенках. Ширина канавки при этом начинает уменьшаться с каждым следующим импульсом излучения. При расколе пластин по таким канавкам образуются неровности поверхности раскола и увеличивается расстояние от края канавки до ближайших элементов чипов. Таким образом возникает зазор при сборке мозаичного фотоприемного модуля из фотоприемных модулей, что также приводит к потере в изображении.In addition, with single pass scribing, the following occurs. At the initial stage of scribing, the width of the groove increases with each subsequent pulse, the melt is squeezed out by vapor of material onto the surface. As the groove deepens, there comes a moment when the vapor pressure in the ejection of the material becomes insufficient to squeeze the melt to the surface, and it remains on the walls. In this case, the groove width begins to decrease with each subsequent radiation pulse. When the plates are split along such grooves, roughness of the split surface is formed and the distance from the edge of the groove to the nearest chip elements increases. Thus, there is a gap when assembling a mosaic photodetector module from photodetector modules, which also leads to a loss in the image.
Техническим результатом является:The technical result is:
- повышение эффективности преобразования изображений в мозаичном фотоприемном модуле;- increasing the efficiency of image conversion in a mosaic photodetector module;
- расширение области применения мозаичных фотоприемных модулей.- expanding the scope of mosaic photodetector modules.
Технический результат достигается в способе формирования граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей, заключающемся в том, что наносят защитное покрытие на планарную сторону приборной пластины, после чего, используя лазер, производят скрайбирование и осуществляют раскалывание приборной пластины, в котором защитное покрытие наносят толщиной, обеспечивающей поглощение лазерного излучения с плотностью энергии меньшей порога плавления в материале защитного покрытия, с возможностью препятствования воздействия на полупроводниковый материал, осуществляют скрайбирование, формирующее грань, с использованием многопроходного режима, при этом в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава, при скрайбировании формируют канавку симметричной V-образной формы, направляя излучение по нормали к поверхности приборной пластины и получая канавку со стенками, образующими с поверхностью приборной пластины тупой угол α, или асимметричной V-образной формы, путем отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки, получая канавку со стенкой со стороны чипа, образующей с поверхностью приборной пластины угол менее величины φ и не более 180°-α.The technical result is achieved in a method of forming chip faces for mosaic photodetector modules, namely, that a protective coating is applied to the planar side of the dashboard, after which, using a laser, scribing is performed and the dashboard is cracked, in which the protective coating is applied with a thickness that ensures absorption laser radiation with an energy density lower than the melting threshold in the material of the protective coating, with the possibility of preventing exposure to the semiconductor material, scribing, forming a face, using the multi-pass mode, while in each pass of the instrument plate, its speed of movement is selected from the condition that there are no large material melt zones on the surface due to the overlapping of light spots from pulsed radiation, as well as the absence of a reduction in the groove width due to deposition of the melt, when scribing, form a groove of a symmetrical V-shape, directing the radiation normal to the surface of the instrument plate and receiving a groove with walls, about which obtuse an obtuse angle α or an asymmetric V-shape with the surface of the dashboard by deviating the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the dashboard in the transverse direction of the formed groove, receiving a groove with a wall on the chip side forming with the surface of the dashboard, the angle is less than φ and not more than 180 ° -α.
В способе формирования граней чипа защитное покрытие наносят толщиной, обеспечивающей поглощение лазерного излучения с плотностью энергии меньшей порога плавления в материале защитного покрытия, с возможностью препятствования воздействия на полупроводниковый материал, а именно, наносят фоторезист марки S1813™ - G2SP15 толщиной не менее 1 мкм, который после нанесения на поверхность приборной пластины отжигают в течение 2 минут при температуре 116°С.In the method of forming the faces of the chip, the protective coating is applied with a thickness that ensures the absorption of laser radiation with an energy density lower than the melting threshold in the material of the protective coating, with the possibility of preventing exposure to the semiconductor material, namely, a S1813 ™ - G2SP15 photoresist with a thickness of at least 1 μm, which after application to the surface of the instrument plate, anneal for 2 minutes at a temperature of 116 ° C.
В способе формирования граней чипа скрайбирование осуществляют с использованием многопроходного режима от 50 до 100 проходов.In the method of forming faces of the chip, scribing is carried out using a multi-pass mode from 50 to 100 passes.
В способе формирования граней чипа в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава, а именно, около 120 мкм/сек при перекрытии световых пятен максимум в 10% при скрайбировании под лазерным излучением с плотностью энергии до 3,60 Дж/см2, с частотой повторения импульсов 100 Гц, при длительности импульсов менее 7×10-9 сек, при длине волны лазерного излучения 0,337 мкм.In the method of forming the faces of the chip in each pass of the instrument plate, the speed of its movement is selected from the condition that there are no material zones on the surface of large melt zones due to overlapping light spots from pulsed radiation, as well as the absence of a reduction in the groove width due to deposition of the melt, namely, about 120 μm sec with overlapping light spots of a maximum of 10% when scribing under laser radiation with an energy density of up to 3.60 J / cm 2 , with a pulse repetition rate of 100 Hz, with a pulse duration of less than 7 × 10 -9 sec, with a length of Laser radiation 0.337 microns.
В способе формирования граней чипа отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки выбирают от 0° до 24”.In the method of forming the faces of the chip, deviations of the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove are selected from 0 ° to 24 ”.
В способе формирования граней чипа перед нанесением защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины, на краях будущего чипа формируют две скрайбовые дорожки, одна из которых вспомогательная, а вторая предназначена для скрайбирования, формирующего грань, дорожки располагают на расстоянии друг от друга 1 мм, после чего наносят защитное покрытие, после нанесения защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины по вспомогательной дорожке, расположенной дальше от фоточувствительных элементов или элементов кремниевой схемы считывания, приборную пластину разделяют на чипы, а затем осуществляют скрайбирование, формирующее грань, с использованием многопроходного режима, при этом в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава, при скрайбировании формируют канавку симметричной V-образной формы, направляя излучение по нормали к поверхности приборной пластины и получая канавку со стенками, образующими с поверхностью приборной пластины тупой угол α, или асимметричной V-образной формы, путем отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки, получая канавку со стенкой со стороны чипа, образующей с поверхностью приборной пластины угол менее величины α и не более 180°-α.In the method of forming the faces of the chip before applying a protective coating to the planar side of the dashboard, two scribe tracks are formed on the edges of the future chip, one of which is auxiliary, and the second is designed for scribing forming the face, the tracks are placed at a distance of 1 mm from each other, after which apply a protective coating, after applying a protective coating to the planar side of the instrument plate along an auxiliary track located further from the photosensitive elements or silicon elements reading circuits, the instrument plate is divided into chips, and then scribing is performed, forming a face, using the multi-pass mode, while in each pass of the instrument plate, its speed of movement is selected from the condition that there are no large areas of molten material on the surface due to overlapping light spots from pulsed radiation , as well as the absence of a decrease in the width of the groove due to deposition of the melt, when scribing, a groove of a symmetrical V-shape is formed, directing the radiation along the normal to the surface a dash plate and receiving a groove with walls forming an obtuse angle α or an asymmetric V-shape with the surface of the dash plate by deflecting the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the dash plate in the transverse direction of the formed groove, getting a groove with a wall on the chip side, forming an angle less than α and not more than 180 ° -α with the surface of the dashboard.
Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the accompanying drawings.
На Фиг.1 приведено схематичное изображение мозаичного фотоприемного модуля большого формата, состоящего из фотоприемных модулей меньшей площади, в состав которых входят чипы фоточувствительных матриц и кремниевых схем считывания, установленных стык в стык друг к другу на общем основании, с фотографической иллюстрацией на вставке двух установленных стык в стык друг к другу чипов на примере матриц болометров на кремниевых схемах считывания сигнала, где 1 - чип; 2 - промежуток между краевыми функционирующими фоточувствительными элементами соседних чипов.Figure 1 shows a schematic illustration of a large format mosaic photodetector module, consisting of smaller photodetector modules, which include photosensitive matrix chips and silicon readout circuits installed jointly to each other on a common basis, with a photographic illustration on the insert of two installed chip-to-chip joint by the example of bolometer matrices on silicon signal reading circuits, where 1 is a chip; 2 - the gap between the edge functioning photosensitive elements of adjacent chips.
На Фиг.2 показано: а) распределение плотности энергии лазерного излучения в пятне на поверхности приборной пластины, близкое к гауссову, б) условное разделение площади пятна на области с разной плотностью энергии: где 3 - центральная область с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние; 4 - средняя область с плотностью энергии, превышающей порог плавления; 5 - крайняя область с плотностью энергии меньшей порога плавления; 6 - ширина канавки, сформированной лазерным излучением.Figure 2 shows: a) the distribution of the laser radiation energy density in the spot on the surface of the instrument plate is close to Gaussian, b) the conditional division of the spot area into regions with different energy density: where 3 is the central region with a radiation energy density sufficient for transition material in a gaseous (vaporous) state; 4 - the middle region with an energy density exceeding the melting threshold; 5 - an extreme region with an energy density lower than the melting threshold; 6 - width of a groove formed by laser radiation.
На Фиг.3 дана зависимость ширины канавки от количества импульсов в точку поверхности кремниевой схемы считывания при однократном скрайбировании - в режиме одного прохода и многократном скрайбировании - режиме многократного прохода приборной пластины под излучением по каждой скрайбовой дорожке, скорость прохода 120 мкм/сек, плотность энергии лазерного излучения - около 3,60 Дж/см2, где 7 - кривая при однократном скрайбировании; 8 - кривая при многократном скрайбировании.Figure 3 shows the dependence of the width of the groove on the number of pulses per point on the surface of the silicon reading circuit during single scribing in single pass mode and multiple scribing in multiple pass mode of the dashboard under the radiation for each scribe track, the passage speed is 120 μm / s, the energy density laser radiation - about 3.60 J / cm 2 , where 7 is a curve with a single scribing; 8 - curve with multiple scribing.
На Фиг.4 показаны значения токов, протекающих через фотоприемники на основе р-n переходов, сформированных в пленке твердого раствора теллурида кадмия и ртути на подложке GaAs, расположенных на разных расстояниях от канавки, полученной однократным скрайбированием лазерным лучом с плотностью энергии около 1,50 Дж/см2, достигаемой использованием установленной по центру пятна излучения непосредственно перед линзой диафрагмы диаметром 226 мкм, обеспечивающей из излучения диаметром 2500 мкм и плотностью энергии 3,60 Дж/см пропускание только части излучения, а также показаны значения токов до скрайбирования, напряжение обратного смещения во всех случаях - минус 0,04 В, где 9 - уровень максимальных токов через р-n переходы до скрайбирования; 10 - уровень минимальных токов через р-n переходы до скрайбирования.Figure 4 shows the values of the currents flowing through photodetectors based on pn junctions formed in a film of a solid solution of cadmium telluride and mercury on a GaAs substrate located at different distances from the groove obtained by a single scribing by a laser beam with an energy density of about 1.50 J / cm2, achieved by using the established radiation spot centered directly in front of the lens aperture diameter of 226 microns, providing radiation of 2500 microns in diameter and an energy density of 3.60 J / cm passing only a portion of teachings, and shows values of the currents before scribing, the reverse bias voltage in all cases - minus 0.04 V, where 9 - maximum current level through the p-n transitions to the scribing; 10 - level of minimum currents through pn junctions before scribing.
На Фиг.5 показаны значения токов, протекающих через р-n переходы в пленке твердого раствора теллурида кадмия и ртути при напряжении обратного смещения минус 0,2 В, расположенных на разных расстояниях от канавки, сформированной многократным прохождением приборной пластины под излучением по каждой скрайбовой дорожке со скоростью, равной 120 мкм/сек, при количестве проходов - 50, при плотности энергии около 2,60 Дж/см2, с присутствием в пятне излучения центральной области с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние, средней области с плотностью энергии, превышающей порог плавления, и крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления, а также показаны значения токов до скрайбирования при том же самом напряжении обратного смещения, где 11 - уровень максимальный токов через р-n переходы до скрайбирования; 12 - уровень минимальных токов через р-n переходы до скрайбирования.Figure 5 shows the values of the currents flowing through pn junctions in the film of a solid solution of cadmium telluride and mercury at a reverse bias voltage of minus 0.2 V, located at different distances from the groove formed by the multiple passage of the instrument plate under the radiation along each scribe track at a rate of 120 microns / sec, when the number of passes - 50, at an energy density of about 2.60 J / cm 2, with the presence of the spot of radiation from a central region of the radiation energy density, sufficient to transfer of gaseous material into a basic (vaporous) state, the middle region with an energy density exceeding the melting threshold, and the extreme region with an energy density lower than the melting threshold, and also shows the values of the currents before scribing at the same reverse bias voltage, where 11 is the maximum current level through p n transitions before scribing; 12 - level of minimum currents through pn junctions before scribing.
На Фиг.6 показаны значения токов, протекающих через р-n переходы в пленке твердого раствора теллурида кадмия и ртути при напряжении обратного смещения минус 0,2 В, расположенных на разных расстояниях от канавки, сформированной многократным прохождением приборной пластины под излучением по каждой скрайбовой дорожке со скоростью, равной 120 мкм/сек, при количестве проходов 50, при плотности энергии около 2,60 Дж/см2, с присутствием в пятне излучения области с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние, и области с плотностью энергии, превышающей порог плавления, а также показаны значения токов до скрайбирования при том же самом напряжении обратного смещения, где 13 - уровень максимальный токов через р-n переходы до скрайбирования; 14 - уровень минимальных токов через р-n переходы до скрайбирования.Figure 6 shows the values of the currents flowing through pn junctions in the film of a solid solution of cadmium telluride and mercury at a reverse bias voltage of minus 0.2 V, located at different distances from the groove formed by the multiple passage of the instrument plate under the radiation along each scribe track at a speed of 120 μm / s, with the number of passes 50, with an energy density of about 2.60 J / cm 2 , with the presence in the radiation spot of a region with a radiation energy density sufficient to transfer the material to gaseous (vapor different) state, and regions with an energy density exceeding the melting threshold, and also shows the values of the currents before scribing at the same reverse bias voltage, where 13 is the maximum level of currents through pn junctions before scribing; 14 - level of minimum currents through pn junctions before scribing.
На Фиг.7 приведена фотография области совмещения двух чипов на основе твердых растворов теллуридов кадмия и ртути после формирования их граней, включающего нанесение непрозрачной для ультрафиолетового излучения пленки из фоторезиста, скрайбирования лазерным излучением в многопроходном режиме и раскол приборных пластин с последующим удалением фоторезиста, с формированием канавки излучением с оптической осью, совпадающей с нормалью к поверхности, где 1 - чип; 15 - контактный индиевый столб для связи фоточувствительного элемента с кремниевой схемой считывания сигналов; 16 - элементы разводки; 17 - канавка, сформированная излучением с плотностью энергии 3,60 Дж/см2; 18 - канавка, сформированная излучением с плотностью энергии 2,60 Дж/см; в отношении расшифровки двух последних позиций - изменение плотности энергии излучения при непрерывном перемещении приборной пластины во время скрайбирования получено посредством введения и выведения из оптического тракта тонкой стеклянной пластины с коэффициентом пропускания 0,722 непосредственно перед фокусирующей линзой.Fig. 7 shows a photograph of the region where two chips based on solid solutions of cadmium telluride and mercury solid solutions are formed after their faces are formed, including applying a photoresist film opaque to ultraviolet radiation, scribing with laser radiation in a multi-pass mode, and splitting the instrument plates with subsequent removal of the photoresist, with the formation radiation grooves with an optical axis coinciding with the normal to the surface, where 1 is a chip; 15 - contact indium pole for communication of the photosensitive element with a silicon signal reading circuit; 16 - wiring elements; 17 - a groove formed by radiation with an energy density of 3.60 J / cm 2 ; 18 is a groove formed by radiation with an energy density of 2.60 J / cm; with respect to deciphering the last two positions, a change in the radiation energy density during continuous movement of the instrument plate during scribing was obtained by introducing and removing from the optical path a thin glass plate with a transmittance of 0.722 immediately in front of the focusing lens.
На Фиг.8 дана фотография формы канавок, сформированных в многопроходном режиме за 50 проходов при плотности энергии 3,60 Дж/см2, при разных углах отклонения оптической оси лазерного излучения от нормали к поверхности чипа (кремниевая схема считывания сигналов), где 1 - чип; 19 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, совпадающей с нормалью к поверхности; 20 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 12”; 21 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 24”.Figure 8 shows a photograph of the shape of grooves formed in a multi-pass mode in 50 passes at an energy density of 3.60 J / cm 2 , at different angles of deviation of the optical axis of the laser radiation from the normal to the surface of the chip (silicon signal reading circuit), where 1 - a chip; 19 is a groove formed by radiation with an optical axis coinciding with the normal to the surface; 20 — groove formed by radiation with an optical axis deflected 12 ”relative to the normal to the surface; 21 is a groove formed by radiation with an optical axis deflected 24 ”relative to the normal to the surface.
Фиг.9 - таблица, отражающая влияние длин волны излучения на изменение пороговых плотностей энергий плавления и парообразования в Ge, Si, GaAs.Fig. 9 is a table showing the influence of radiation wavelengths on the change in threshold densities of melting and vaporization energies in Ge, Si, GaAs.
При построении мозаичных фотоприемных модулей большого формата (см. Фиг.1) используют фотоприемные модули меньшей площади, которые устанавливают стык в стык друг к другу на общем несущем основании. Фотоприемные модули представляют собой, например, гибридную сборку двух чипов - массива фотоприемников из матриц фоточувствительных элементов на полупроводниках типа А3В5 или А2В6 и кремниевой схемы считывания, либо монолитную конструкцию из матриц болометров и кремниевой схемы считывания. Основной проблемой мозаичных фотоприемных модулей большого формата является наличие «слепых зон», что обусловлено повреждением фотоприемников (фоточувствительных элементов, соединенных со схемой считывания) на краях чипов, возникающих при разделении приборных пластин скрайбированием или разрезанием. «Слепые зоны» - зоны повреждения, ширина которых равна 30 мкм и более. При регистрации часть оптического изображения теряется в областях промежутка между краевыми фотоприемниками соседних чипов 2 (см. Фиг.1), снижается эффективность преобразования изображения мозаичным фотоприемным модулем в целом. Под эффективностью преобразования изображения понимается отношение числа функционирующих фоточувствительных элементов, соединенных со схемой считывания, - функционирующих фотоприемников в мозаичном фотоприемном модуле к сумме фотоприемников, поврежденных на краях чипов - не функционирующих, и фотоприемников, функционирующих в мозаичном фотоприемном модуле. Например, эффективность преобразования изображений в мозаичном фотоприемном модуле большого формата типа «CRIRES 1024×4096» (Германия), состоящего из четырех фотоприемных модулей форматом чипов 1024×1024 с периодом следования элементов, равным 27 мкм, составляет около 83%.When building mosaic large-format photodetector modules (see FIG. 1), photodetector modules of a smaller area are used, which set the joint in joint to each other on a common carrier base. Photodetector modules are, for example, a hybrid assembly of two chips - an array of photodetectors from arrays of photosensitive elements on A 3 B 5 or A 2 B 6 semiconductors and a silicon readout circuit, or a monolithic design from bolometer arrays and a silicon readout circuit. The main problem of large format mosaic photodetector modules is the presence of “blind spots”, which is caused by damage to the photodetectors (photosensitive elements connected to the readout circuit) at the edges of the chips that arise when dividing the instrument plates by scribing or cutting. "Blind zones" - damage zones whose width is 30 microns or more. When registering, a part of the optical image is lost in the gaps between the edge photodetectors of adjacent chips 2 (see FIG. 1), and the image conversion efficiency of the mosaic photodetector module as a whole decreases. Image conversion efficiency is understood as the ratio of the number of functioning photosensitive elements connected to the readout circuit - functioning photodetectors in the mosaic photodetector module to the sum of photodetectors damaged at the edges of the chips - non-functioning, and photodetectors functioning in the mosaic photodetector module. For example, the conversion efficiency of images in a large-format mosaic photodetector module of the type “CRIRES 1024 × 4096” (Germany), consisting of four photodetector modules with a chip format of 1024 × 1024 with an element repetition period of 27 μm, is about 83%.
С целью снижения потерь в изображении мозаичным фотоприемным модулем применяют различные подходы, например, включающие расположение фотоприемных модулей в шахматном порядке (публикация US 20120081511 от 05.04.2012 г. заявки №13/249104 на выдачу патента США на изобретение от 29.09.2011 г.). Однако при этом эффективность преобразования изображения не увеличивается.In order to reduce losses in the image by the mosaic photodetector module, various approaches are used, for example, including staggering the photodetector modules (publication US 20120081511 of 04/05/2012, application No. 13/249104 for the grant of a US patent for the invention of 09/29/2011) . However, the image conversion efficiency does not increase.
Другой подход заключается в применении дополнительных фотоприемников, расположенных на краях чипов 1, фотосигналы с которых участвуют в формировании изображения на участках с потерями в изображении в результате отсутствия функционирующих фотоприемников в мозаичном фотоприемном модуле (Chamonal Jean Paul, Mottin Eric, Audebert Patrick, Ravetto Michel, Caes Marcel, Chatard Jean Pierre/Long linear MWIR and LWIR HgCdTe arrays for high resolution imaging//Proceedings of SPIE, Vol.4130, 2000, P.P.452-462). Этот подход позволяет увеличить эффективность преобразования изображений, но только для случая, когда количество фотоприемников в каждом столбце мозаичного фотоприемного модуля составляет один или два.Another approach is to use additional photodetectors located at the edges of
Решение, позволяющее обойти ограничения, присущие вышеприведенным подходам, заключается в уменьшении ширины промежутка между краевыми функционирующими фоточувствительными элементами соседних чипов 1, состоящего из зазора между соседними чипами 1 (фотоприемными модулями) и областей повреждения на краях чипов 1.A solution to circumvent the limitations inherent in the above approaches is to reduce the gap between the functioning edge-sensitive photosensitive elements of neighboring
При механическом воздействии на полупроводниковые материалы во время разрезания приборных пластин с помощью алмазных дисков области повреждения на краях чипов 1 содержат трещины, повышенную плотность дислокации, остаточные напряжения в материале и неровности рельефа. Ширина областей повреждения на краях чипов 1 составляет для Si 20÷30 мкм, для GaAs 34÷42 мкм (Готра З.Ю./Технология микроэлектронных устройств//Москва: «Радио и связь», 1991 г., 528 с.).During mechanical action on semiconductor materials during cutting of the wafers using diamond disks, the damage areas at the edges of the
При лазерном скрайбировании приборных пластин с неизвестным распределением плотности энергии в пятне на поверхности вокруг канавки образуется область термического повреждения материала с шириной не менее 35 мкм при длине волны лазерного излучения около 1,064 мкм (Промышленное применение лазеров, под ред. Кебнера Г./М.: «Машиностроение», 1988 г., 279 с.).During laser scribing of instrument plates with an unknown distribution of energy density in the spot on the surface around the groove, a region of thermal damage to the material is formed with a width of at least 35 μm at a laser wavelength of about 1.064 μm (Industrial use of lasers, edited by G. Kebner / M .: "Engineering", 1988, 279 p.).
Существует различие в механизмах воздействия на материал при скрайбировании разными способами с применением лазера, что можно видеть в вышеприведенных описаниях аналогов. Это позволяет разработать режимы лазерного скрайбирования с целью уменьшить ширину области термического повреждения, устранить причины, препятствующие достижению технического результата.There is a difference in the mechanisms of action on the material when scribing in various ways using a laser, which can be seen in the above descriptions of analogues. This allows you to develop laser scribing modes in order to reduce the width of the area of thermal damage, to eliminate the reasons that impede the achievement of the technical result.
Так, в первом из аналогов (патент США №5214261 на изобретение) при скрайбировании эксимерным лазером, работающим на длине волны 308 нм, в области абляции материала происходит фоторазрушение материала, не сопровождающееся образованием зоны теплового нагрева в окружающем зону абляции материале (лазерная абляция - микровзрыв с образованием кратера на поверхности образца и разлетающимися вокруг твердыми и жидкими частицами материала). При оптимальной реализации способа с формированием стенок канавок строго перпендикулярных поверхности приборной пластины применяют отклонение пучка излучения от нормали поверхности около 5° в сторону направления движения. Кроме отмеченных недостатков данного аналога и их причин, следует отметить ограничение диапазона длин лазерного излучения для скрайбирования. В способе используют лазер с излучением строго указанной длины волны.So, in the first of analogues (US patent No. 5214261 for invention) when scribing with an excimer laser operating at a wavelength of 308 nm, photodestruction of the material occurs in the region of ablation of the material, which is not accompanied by the formation of a heat heating zone in the material surrounding the ablation zone (laser ablation - microexplosion with the formation of a crater on the surface of the sample and flying around solid and liquid particles of material). With the optimal implementation of the method with the formation of the walls of the grooves strictly perpendicular to the surface of the instrument plate, a deviation of the radiation beam from the surface normal to about 5 ° in the direction of motion is used. In addition to the noted disadvantages of this analogue and their causes, it should be noted that the range of laser radiation lengths for scribing is limited. The method uses a laser with radiation of a strictly specified wavelength.
Относительно второго, ближайшего, аналога (патент США №6849524 на изобретение) - при скрайбировании происходит расплав материала приборной пластины. При формировании граней чипов необходимо учитывать особенности процессов плавления и парообразования в материале, влияния лазерного излучения на полупроводниковый материал.Regarding the second, closest analogue (US patent No. 6849524 for the invention) - when scribing, the material of the dashboard is molten. When forming the faces of the chips, it is necessary to take into account the features of the processes of melting and vaporization in the material, the effect of laser radiation on the semiconductor material.
Известно, что пороговые плотности энергии плавления и парообразования в материале зависят от длины волны излучения. Для Ge, Si и GaAs пороговые плотности энергии плавления при длинах волн импульсного лазерного излучения 0,248 мкм и 0,531 мкм представлены в таблице (см. Фиг.9). Там же для Si представлено изменение плотности энергии начала парообразования и время задержки выброса пара с поверхности для длин волн 0,248 мкм и 0,531 мкм. Так, плотность энергии начала плавления при воздействии излучением с длиной волны 0,531 мкм в отношении германия составляет 0,15 Дж/см2, в отношении кремния - 0,33 Дж/см2, в отношении арсенида галлия - 0,1 Дж/см2, плотность энергии начала парообразования для кремния на длине волны излучения 0,248 мкм составляет 1 Дж/см, а на длине волны 0,531 мкм - 4 Дж/см, время задержки выброса пара для кремния на длине волны излучения 0,248 мкм при энергии до 3,50 Дж/см2 составляет 23×10-9 сек, а на длине волны излучения 0,531 мкм при энергии до 8,20 Дж/см2 составляет 7×10-9 сек.It is known that the threshold energy densities of melting and vaporization in a material depend on the radiation wavelength. For Ge, Si, and GaAs, the threshold melting energy densities at wavelengths of pulsed laser radiation of 0.248 μm and 0.531 μm are presented in the table (see Fig. 9). For Si, the change in the energy density of the onset of vaporization and the delay time of steam ejection from the surface for wavelengths of 0.248 μm and 0.531 μm are also presented. So, the energy density of the onset of melting when exposed to radiation with a wavelength of 0.531 μm with respect to germanium is 0.15 J / cm 2 , with respect to silicon - 0.33 J / cm 2 , with respect to gallium arsenide - 0.1 J / cm 2 , the energy density of the onset of vaporization for silicon at a radiation wavelength of 0.248 μm is 1 J / cm, and at a wavelength of 0.531 μm - 4 J / cm, the delay time for the release of steam for silicon at a radiation wavelength of 0.248 μm at an energy of up to 3.50 J / cm 2 is 23 × 10 -9 sec, and at a radiation wavelength of 0.531 μm at an energy of up to 8.20 J / cm 2 is 7 × 10 -9 sec.
Диапазон длин волн лазерного излучения 0,248÷0,531 мкм в импульсном режиме при длительности менее 23×10-9 сек является пригодным для скрайбирования приборных пластин. Для практической апробации разрабатываемого способа и получения экспериментальных данных выбрана длина волны лазерного излучения 0,337 мкм.The wavelength range of laser radiation of 0.248 ÷ 0.531 μm in a pulsed mode with a duration of less than 23 × 10 -9 sec is suitable for scribing instrument plates. For practical testing of the developed method and obtaining experimental data, a wavelength of laser radiation of 0.337 μm was selected.
Распределение плотности энергии лазерного излучения неравномерно по пятну (см. Фиг.2а)). В пределах пятна выделим три характерные области: центральная область с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние 3, средняя область с плотностью энергии, превышающей порог плавления, 4 и крайняя область с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)). За пределами пятна (см. Фиг.2) существует область, в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана). Ширина канавки 6, сформированной лазерным излучением, не выходит за пределы средней области с плотностью энергии, превышающей порог плавления, 4 в пятне и зависит от режимов формирования канавки.The distribution of the energy density of the laser radiation is uneven over the spot (see Fig. 2a)). Within the spot, we distinguish three characteristic regions: the central region with a radiation energy density sufficient for the transition of the material to a gaseous (vaporous)
При скрайбировании в режиме одного прохода, когда требуемая глубина канавки достигается в один проход, образование расплава приводит к тому, что ширина канавки меняется от импульса к импульсу. В начале скрайбирования, пока не произошло значительного углубления канавки, ширина канавки увеличивается с каждым последующим импульсом (см. Фиг.3, кривая 7). Расплав выдавливается парами материала на поверхность, давления паров пока достаточно для этого. По мере углубления канавки, однако, наступает момент, когда давление паров в выбросе материала становится недостаточным для выдавливания расплава на поверхность, он остается на стенках формируемой канавки. В результате ширина канавки уменьшается с каждым последующим импульсом (см. Фиг.3, кривая 7). Кроме того, при этом происходит скопление большого количества расплава непосредственно вблизи канавки, с образованием выступающей над поверхностью приборной пластины особенности - буртика, препятствующего гибридизации компонент - матрицы фоточувствительных элементов и кремневой схемы считывания. Снизить количество расплава на поверхности и в какой-то степени устранить негативное влияние указанной особенности можно применением диафрагмы, однако для фотоприемников на основе твердого раствора теллурида кадмия и ртути существует ограничение по плотности энергии - она не должна превышать 1,50 Дж/см2. При указанной плотности энергии ширина и глубина канавки соответственно составляют 6 и 25 мкм. При расколе пластины по такой канавке формируется неровность поверхности раскола более 1 мкм.When scribing in the single-pass mode, when the required groove depth is achieved in one pass, the formation of the melt leads to the fact that the width of the groove varies from pulse to pulse. At the beginning of scribing, until there is a significant deepening of the groove, the width of the groove increases with each subsequent pulse (see Figure 3, curve 7). The melt is squeezed out by vapor of the material to the surface; vapor pressure is still sufficient for this. As the groove deepens, however, there comes a time when the vapor pressure in the ejection of the material becomes insufficient to squeeze the melt to the surface, it remains on the walls of the formed groove. As a result, the width of the groove decreases with each subsequent pulse (see Figure 3, curve 7). In addition, this results in the accumulation of a large amount of melt directly near the groove, with the formation of a protrusion protruding above the surface of the instrument plate — a collar that prevents hybridization of the components — the matrix of photosensitive elements and a silicon reading circuit. It is possible to reduce the amount of melt on the surface and to some extent eliminate the negative influence of this feature by using a diaphragm, however, for photodetectors based on a solid solution of cadmium telluride and mercury, there is a limit on the energy density - it should not exceed 1.50 J / cm 2 . At the indicated energy density, the width and depth of the groove are respectively 6 and 25 μm. When the plate is split along this groove, a roughness of the split surface of more than 1 μm is formed.
Устранить образование большого количества расплава на поверхности приборной пластины и уменьшение ширины канавки возможно с переходом на режим многопроходного скрайбирования. При многопроходном скрайбировании требуемая глубина достигается не в раз, за один проход, а постепенно, путем многократного прохождения приборной пластины под лазерным излучением. Постепенное достижение требуемой глубины канавки обеспечивает отсутствие скопления большого количества расплава материала, а также отсутствие уменьшения ширины канавки, о чем свидетельствуют зависимости изменения ширины канавки (см. Фиг.3) - кривая при однократном скрайбировании 7 и кривая при многократном скрайбировании 8. При реализации многопроходного режима в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают таким образом, чтобы на поверхности отсутствовали большие зоны расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствовало уменьшение ширины канавки. Условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки достигают, в частности, при перекрытии световых пятен максимум в 10% при скрайбировании пластин кремния под лазерным излучением с плотностью энергии около 3,60 Дж/см2, с частотой повторения импульсов 100 Гц при скорости перемещения пластины около 120 мкм/сек. При этом ширина зоны расплава на поверхности составляет от 1 до 2 мкм при ее высоте над поверхностью от 0,5 до 1 мкм, что не препятствует гибридизации компонентов фотоприемных модулей. Для формирования канавки глубиной 100 мкм необходимо многократное прохождение пластины под лазерным излучением.To eliminate the formation of a large amount of melt on the surface of the instrument plate and reducing the width of the groove is possible with the transition to multi-pass scribing. With multi-pass scribing, the required depth is achieved not once, in one pass, but gradually, by repeatedly passing the instrument plate under laser radiation. The gradual achievement of the required groove depth ensures that there is no accumulation of a large amount of molten material, as well as no reduction in the width of the groove, as evidenced by the dependence of changes in the width of the groove (see Figure 3) —the curve with
Далее рассмотрим возможности уменьшения области за пределами пятна (см. Фиг.2), в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана). Наличие этой области, ее размеры, сказываются на эффективности преобразования изображений в мозаичном фотоприемном модуле. Для этого необходимо рассмотреть влияние воздействия лазерного излучения на полупроводниковый материал.Next, we consider the possibility of reducing the area outside the spot (see Figure 2), in which damage to semiconductor materials due to laser radiation is recorded (the position of this area is not shown). The presence of this area, its size, affects the efficiency of image conversion in a mosaic photodetector module. For this, it is necessary to consider the effect of laser radiation on a semiconductor material.
При облучении поверхности полупроводникового материала лазером в области пятна (см. Фиг.2б)) происходит разрушение кристаллической структуры материала. В центральной области с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние 3 по истечении времени, необходимом для увеличения амплитуды колебаний атомов в материале до значений, соответствующих парообразному состоянию, материал переходит в пар. В средней области с плотностью энергии, превышающей порог плавления, 4, все это время материал находится в расплавленном состоянии. В момент выброса материала из центральной области с плотностью энергии излучения, достаточной для перехода материала в газообразное (парообразное) состояние 3, волна давления, обусловленная температурным коэффициентом линейного расширения, выдавливает расплав из средней области с плотностью энергии, превышающей порог плавления, 4 на поверхность приборной пластины. В крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)), в соответствии с литературными данными (для длин волн 0,513 мкм и более), регистрируется: увеличение концентрации дислокации в Si (Narayan J., Young F.W./Growth of dislocations during laser melting and solidification//Applied Physics Letter, V.35, No. 4, 1979, P.P.330-332) и в CdTe (Балдуллаева А., Власенко А.И., Кузнецов Э.И., Ломовцев А.В., Мозоль П.Е., Смирнов А.Б./Возбуждение поверхностных акустических волн в кристаллах p-CdTe при воздействии импульсным лазерным излучением/Физика и техника полупроводников, Т.35, В.8, 2001, С.С.960-963); возникновение новых и исчезновение существующих электронных уровней в запрещенной зоне в Si (Mooney P.M., Young R.T., Karins J., Lee Y. H., Corbett J. W./Defects in laser damaged silicon observed DLTS, J. Physic Status Solidi, v.48A, (l), 1978, P.P. k31-k34) и в GaAs (Yuba Y., Gamo K„ Murakami K., Namba S./Laser - irradiation effects on unencapsulated GaAs studied by capacitance spectroscopy//Applied Physics letter, V. 35(2), 1979, P.P. 156-158 и Emerson N.G., Sealy B.J./Effects of laser irradiation of GaAs obsered by DLTS//Electron letter, V.I 5, No. 18, 1979, P.P. 553-554); изменение химического состава CdHgTe (KPT) (Afonso C.N., Alonso M., Neira J.L.H., Sequeira A.D., da Silva M.F., Soares J.C./Pulsed laser induced effects on the HgCdTe surface/J. Vacuum Science Technology, V. A 7(6), 1989, P.P.3256-3264). Начиная с момента выброса пара в результате поглощения энергии лазерного излучения, материал на дне и стенках канавки начинает остывать. Остывание материала до стационарного состояния происходит достаточно медленно, например, время охлаждения GaAs составляет около 10-6 сек (Garcia B.G., Martinez J., Piqueras J./Laser melting of GaAs covered with metal layers/J. Applied Physics A 51, 1990, P.P.437-445).When the surface of the semiconductor material is irradiated with a laser in the spot region (see Fig. 2b), the crystal structure of the material is destroyed. In the central region with a radiation energy density sufficient for the transition of the material to a gaseous (vaporous)
В области за пределами пятна (см. Фиг.2) (позиция данной области не показана), регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения, в p-CdTe, например, происходит увеличение концентрации дислокации несоответствия (Балдуллаева А., Власенко А.И., Кузнецов Э.И., Ломовцев А.В., Мозоль П.Е., Смирнов А.Б./Возбуждение поверхностных акустических волн в кристаллах p-CdTe при воздействии импульсным лазерным излучением//Физика и техника полупроводников, Т.35, В.8, 2001, С.С.960-963).In the area outside the spot (see Figure 2) (the position of this area is not shown), damage to semiconductor materials due to laser radiation is recorded, in p-CdTe, for example, an increase in the concentration of the misfit dislocation (Baldullaeva A., Vlasenko A. I., Kuznetsov E.I., Lomovtsev A.V., Mozol P.E., Smirnov A.B. / Excitation of surface acoustic waves in p-CdTe crystals exposed to pulsed laser radiation // Physics and Technology of Semiconductors, T. 35, B.8, 2001, S.C. 960-963).
Таким образом, имеется сходство регистрируемых изменений в материале при воздействии лазерного излучения в крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)), и в области за пределами пятна (см. Фиг.2), в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана). Кроме того, что мы отметили сходство изменений в материале, подлежащее учету, отметим, что при скрайбировании необходимо также учитывать, что размер области пятна превышает размеры канавки.Thus, there is a similarity between the recorded changes in the material when exposed to laser radiation in the extreme region with an energy density lower than the melting threshold 5 (see Fig. 2b)) and in the region outside the spot (see Fig. 2), in which damage is recorded semiconductor materials as a result of exposure to laser radiation (the position of this region is not shown). In addition to the fact that we noted the similarity of changes in the material to be taken into account, we note that when scribing it is also necessary to take into account that the size of the spot area exceeds the size of the groove.
Размеры области за пределами пятна (см. Фиг.2), в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана), для разных режимов формирования канавок на приборных пластинах, например, с пленкам твердого раствора теллуридов кадмия и ртути, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs, определялись посредством измерения вольтамперных характеристик р-n переходов. Бралась группа фотоприемников (в количестве 16 шт.), расположение их аналогичное показанному на Фиг.7 (2 ряда по 8 фотоприемников), измерялись токи через р-n переходы (см. кривые 9 и 10 Фиг.4). После этого формировали канавку, располагая ее не параллельно рядам, чтобы фотоприемники располагались на разных расстояниях от канавки, и измеряли повторно токи фотоприемников (см. Фиг.4) и расстояния до канавки.The dimensions of the region outside the spot (see Figure 2), in which damage to semiconductor materials due to laser radiation is recorded (the position of this region is not shown), for different modes of groove formation on instrument plates, for example, with cadmium telluride solid solution films and Mercury grown by molecular beam epitaxy on GaAs substrates was determined by measuring the current-voltage characteristics of pn junctions. A group of photodetectors was taken (in the amount of 16 pcs.), Their arrangement similar to that shown in Fig. 7 (2 rows of 8 photodetectors each), currents were measured through pn junctions (see
В случае режима формирования канавки за один проход ширина области за пределами канавки с повреждениями полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (включающая область пятна, а именно, крайнюю область с плотностью энергии меньшей порога плавления, и область за пределами пятна (см. Фиг.2), в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана)) при скрайбировании диафрагмированным излучением (диафрагма диаметром 226 мкм) с длиной волны 0,337 мкм, с плотностью энергии в пятне на поверхности пластины около 1,50 Дж/см2 составляет 16 мкм. Изменение значений токов через р-n переходы при обратном напряжении смещения минус 0,04 В в зависимости от расстояния между канавкой и р-n переходом (см. Фиг.4) показывает, что на расстояниях менее 16 мкм ток через р-n переходы после скрайбирования увеличивается и превышает исходные (до скрайбирования) значения в 10 и более раз. Изменения концентрации дислокации при этом вокруг канавки (по всей поверхности концентрация составляет около 6×106см-2) не регистрируется.In the case of the mode of forming a groove in one pass, the width of the area outside the groove with damage to semiconductor materials as a result of laser radiation (including the spot region, namely, the extreme region with an energy density lower than the melting threshold, and the region outside the spot (see Figure 2 ), in which damage to semiconductor materials is recorded as a result of exposure to laser radiation (the position of this area is not shown)) when scribing with diaphragmed radiation (aperture with a diameter of 22 6 μm) with a wavelength of 0.337 μm, with an energy density in the spot on the plate surface of about 1.50 J / cm 2 is 16 μm. The change in the values of currents through pn junctions at a reverse bias voltage of minus 0.04 V depending on the distance between the groove and pn junction (see Figure 4) shows that at distances less than 16 μm, the current through pn junctions after scribing increases and exceeds the initial (before scribing) values by 10 or more times. In this case, changes in the dislocation concentration around the groove (over the entire surface the concentration is about 6 × 10 6 cm -2 ) are not recorded.
Увеличение диаметра диафрагмы до 560 мкм приводит к увеличению области за пределами канавки (см. Фиг.2) с повреждениями полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения до 28 мкм, плотность энергии увеличиваются до 1,94 Дж/см2.An increase in the diameter of the diaphragm to 560 μm leads to an increase in the area outside the groove (see Figure 2) with damage to the semiconductor materials due to laser radiation up to 28 μm, the energy density increases to 1.94 J / cm 2 .
При скрайбировании приборных пластин в многопроходном режиме ширина зоны повреждения составляет около 13 мкм при плотностях энергии в пятне на поверхности около 2,60 Дж/см2. Указанное значение ширины получено на базе зависимостей тока через р-n переходы в пленках твердых растворов теллуридов кадмия и ртути при напряжении обратного смещения минус 0,2 В от расстояния между р-n переходами и канавкой (см. Фиг.5). Скорость перемещения приборной пластины при формировании канавки поддерживалась около 120 мкм/сек, было сделано 50 проходов.When scribing dashboards in a multi-pass mode, the width of the damage zone is about 13 μm with energy densities in the spot on the surface of about 2.60 J / cm 2 . The indicated width value was obtained on the basis of the dependences of the current through pn junctions in the films of solid solutions of cadmium and mercury tellurides at a reverse bias voltage of minus 0.2 V from the distance between the pn junctions and the groove (see Figure 5). The speed of movement of the dashboard during the formation of the groove was maintained at about 120 μm / s, 50 passes were made.
Полученные значения ширины области за пределами канавки (см. Фиг.2) с повреждениями полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения являются достаточно большими. Исходя из вышеотмеченного сходства изменений в материале на участке приборной пластины, на котором имеется воздействие лазерного излучения в крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)), и в области за пределами пятна (см. Фиг.2), в которой регистрируются повреждения полупроводниковых материалов в результате воздействия лазерного излучения (позиция данной области не показана), а также учитывая, что размер области пятна превышает размеры канавки, необходимо для уменьшения области повреждений устранить воздействие на полупроводниковый материал лазерного излучения в крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)). Это можно осуществить путем нанесения защитного покрытия из фоторезиста. Такую операцию применяют в указанном ближайшем аналоге (патент США №6849524 на изобретение). Однако в том случае нанесение фоторезиста осуществляют в целях защиты поверхности от загрязнения продуктами выброса материала из канавки. В нашем случае нанесение фоторезиста выполняет двойную функцию - уменьшение области повреждений и предотвращение загрязнения продуктами выброса. Защитное покрытие из фоторезиста следует наносить толщиной, чтобы лазерное излучение в крайней области с плотностью энергии меньшей порога плавления 5 (см. Фиг.2б)) поглощалось в материале фоторезиста, не оказывая никакого воздействия на полупроводниковый материал. Для этого, в частности, используют фоторезист марки S1813™, а именно, G2SP15 толщиной не менее 1 мкм, который после нанесения на поверхность приборной пластины отжигают в течение 2 минут при температуре 116°С.The obtained values of the width of the region outside the groove (see Figure 2) with damage to semiconductor materials as a result of exposure to laser radiation are quite large. Based on the above-mentioned similarity of changes in the material on the portion of the dashboard, on which there is laser radiation in the extreme region with an energy density lower than the melting threshold 5 (see Fig. 2b)), and in the region outside the spot (see Fig. 2) in which damage to semiconductor materials due to laser radiation is recorded (the position of this area is not shown), and also taking into account that the size of the spot area exceeds the size of the groove, it is necessary to eliminate the damage Corollary to the semiconductor material of the laser radiation in the region at an energy density at the melting threshold 5 (see FIG. 2B)). This can be done by applying a protective coating of photoresist. Such an operation is used in the specified closest analogue (US patent No. 6849524 for the invention). However, in that case, the photoresist is applied in order to protect the surface from contamination by the products of ejection of material from the groove. In our case, the application of photoresist performs a dual function - reducing the area of damage and preventing contamination by ejection products. The protective coating of the photoresist should be applied thick so that laser radiation in the extreme region with an energy density lower than the melting threshold 5 (see Fig. 2b)) is absorbed in the photoresist material without affecting the semiconductor material. For this, in particular, a S1813 ™ brand resist is used, namely, G2SP15 with a thickness of at least 1 μm, which, after application to the surface of the instrument plate, is annealed for 2 minutes at a temperature of 116 ° C.
Предпринятые меры привели к положительному результату. После скрайбирования приборных пластин фиксировалось уменьшение ширины зоны повреждений с 13 мкм до 8 мкм, о чем свидетельствуют данные зависимости тока через р-n переходы в пленках твердых растворов теллуридов кадмия и ртути при обратном напряжении смещения минус 0,2 В от расстояния до канавки, в частности, глубиной 26 мкм, полученной при 50 проходах приборной пластины под лазерным излучением (см. Фиг.6). Это значение, 8 мкм, сравнимо и даже меньше полупериода следования фоточувствительных элементов приемников излучения.The measures taken have led to a positive result. After scribing the instrument plates, the damage zone width was reduced from 13 μm to 8 μm, as evidenced by the data on the dependences of the current through pn junctions in films of solid solutions of cadmium and mercury tellurides at a reverse bias voltage of minus 0.2 V from the distance to the groove, in in particular, a depth of 26 μm obtained with 50 passes of the instrument plate under laser radiation (see Fig.6). This value, 8 μm, is comparable and even less than the half-period of the photosensitive elements of the radiation receivers.
Реализация режима многопроходного скрайбирования и осуществление нанесения защитного резиста вносят свой вклад в достижение технического результата. Однако указанными мерами не исчерпываются все возможности. В вышеприведенном пояснении сущности технического решения по умолчанию принималось, что подача лазерного излучения при скрайбировании осуществляется в направлении, совпадающем с нормалью к поверхности приборной пластины. Данные, представленные на Фиг.3-6, получены для случаев совпадения оптической оси излучения с нормалью к поверхности. При этом формируется V-образная симметричная канавка со стенками, образующими с поверхностью приборной пластины тупой угол (обозначим α), линия раскола приборной пластины определяется дном канавки, в связи с чем при изготовлении большеформатного мозаичного фотоприемного модуля из чипов 1 (см. Фиг.1) расстояние между чипами определяется шириной канавки и неровностями поверхностей раскола. Соответствующе подготовленные края чипов 1 на приборной пластине с пленками твердых растворов теллуридов кадмия и ртути р-типа проводимости на подложке GaAs, содержащими р-n переходы под индиевыми контактами (контактные индиевые столбы для связи фоточувствительных элементов с кремниевой схемой считывания сигналов 15), показаны на фотографии (см. Фиг.7). Они сформированы предварительным нанесением защитного резиста, многопроходным скрайбированием с использованием падения излучения в направлении нормали к поверхности с получением канавок 17 и 18 симметричной V-формы и последующим расколом с удалением защитного резиста.The implementation of multi-pass scribing and the application of a protective resist contribute to the achievement of the technical result. However, these measures do not exhaust all the possibilities. In the above explanation of the essence of the technical solution, it was assumed by default that the supply of laser radiation during scribing is carried out in the direction coinciding with the normal to the surface of the dashboard. The data presented in Fig.3-6, obtained for cases of coincidence of the optical axis of the radiation with the normal to the surface. In this case, a V-shaped symmetrical groove is formed with walls forming an obtuse angle with the surface of the dashboard (we denote α), the dividing line of the dashboard is determined by the bottom of the groove, and therefore, in the manufacture of a large-format mosaic photodetector module from chips 1 (see Figure 1 ) the distance between the chips is determined by the width of the groove and the roughness of the split surfaces. Correspondingly prepared edges of
Для существенного уменьшения расстояния между соседними чипами 1 (см. Фиг.1) необходимо формирование канавки асимметричной V-образной формы. Самым оптимальным случаем для достижения технического результата будет формирование канавки, у которой стенка со стороны чипа перпендикулярна поверхности приборной пластины. В этом случае линия раскола пластины является продолжением стенки канавки. Дно канавки лежит в плоскости стенки чипа. В промежуточных случаях, между случаем формирования канавки симметричной V-образной формы и случаем формирования канавки асимметричной V-образной формы со стенкой со стороны чипа, перпендикулярной поверхности приборной пластины, а также в промежуточных случаях, между случаем формирования канавки асимметричной V-образной формы со стенкой со стороны чипа, перпендикулярной поверхности приборной пластины, и случаем формирования канавки асимметричной V-образной формы со стенкой со стороны чипа, образующей острый угол с поверхностью приборной пластины, равный 180°-α, и дном канавки, расположенным под поверхностью чипа, достижение технического результата будет в меньшей степени. Формирование канавки асимметричной V-образной формы достигают путем отклонения оптической оси лазерной системы, которая генерирует требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки.To significantly reduce the distance between adjacent chips 1 (see Figure 1), the formation of an asymmetric V-shaped groove is necessary. The most optimal case for achieving a technical result will be the formation of a groove in which the wall on the chip side is perpendicular to the surface of the dashboard. In this case, the split line of the plate is a continuation of the groove wall. The bottom of the groove lies in the plane of the chip wall. In intermediate cases, between the case of the formation of a symmetrical V-shaped groove and the case of the formation of the asymmetric V-shaped groove with the wall on the chip side perpendicular to the surface of the instrument plate, as well as in the intermediate cases, between the case of the formation of the asymmetric V-shaped groove with the wall on the chip side, perpendicular to the surface of the instrument plate, and the case of the formation of an asymmetric V-shaped groove with a wall on the chip side, forming an acute angle with the surface of the device th plate of 180 ° -α, and the groove bottom located below the chip surface, the achievement of the technical result will be to a lesser degree. The formation of an asymmetric V-shaped groove is achieved by deflecting the optical axis of the laser system, which generates the required radiation for scribing, from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove.
Таким образом, кроме формирования при скрайбировании канавки симметричной V-образной формы посредством направления излучения по нормали к поверхности приборной пластины и получением канавки со стенками, образующими с поверхностью приборной пластины тупой угол α, для усиления технического результата возможно формирование канавки асимметричной V-образной формы, путем отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки, с получением канавки со стенкой со стороны чипа, образующей с поверхностью приборной пластины угол менее величины α и не более 180°-α.Thus, in addition to forming a symmetrical V-shaped groove during scribing by directing the radiation normal to the surface of the instrument plate and obtaining a groove with walls forming an obtuse angle α with the surface of the instrument plate, it is possible to form an asymmetric V-shaped groove to enhance the technical result, by deflecting the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction tightened grooves, with obtaining a groove with a wall on the chip side, forming an angle less than α and not more than 180 ° -α with the surface of the instrument plate.
В предлагаемом техническом решении для вышеприведенных параметров излучения (плотность энергии, длина волны, диафрагмированность) использовались конкретные углы отклонения излучения от нормали к поверхности приборной пластины от 0 до 24” для формирования канавок (см. Фиг.8). Для других параметров излучения конкретный диапазон может отличаться от указанного. На фотографии (см. Фиг.8) представлены сечения канавок при разных углах отклонения оптической оси лазерного излучения от нормали к поверхности: канавка, сформированная излучением с оптической осью, совпадающей с нормалью к поверхности, 19, канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 12”, 20 и канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 24”, 21. На фотографии видно, что для угла наклона оптической оси к нормали поверхности (обозначенной на чертеже вертикальной тонкой линией) в 12” формируется несимметричная канавка достаточной глубины. После раскола пластины по такой канавке ступенька (неровность) составляет около 3 мкм. Для углов 0° и 24” ступенька составляет 10 мкм.In the proposed technical solution for the above radiation parameters (energy density, wavelength, diaphragm), specific angles of deviation of radiation from the normal to the surface of the dashboard from 0 to 24 ”were used to form grooves (see Fig. 8). For other radiation parameters, the specific range may differ from the specified one. The photograph (see Fig. 8) shows cross-sections of grooves at different angles of deviation of the optical axis of the laser radiation from the normal to the surface: a groove formed by radiation with an optical axis coinciding with the normal to the surface, 19, a groove formed by radiation with an optical axis deflected relative to the normal to the surface by 12 ”, 20 and the groove formed by radiation with the optical axis deflected relative to the normal to the surface by 24”, 21. The photo shows that for the angle of inclination of the optical axis to the normal to the surface (about Values in the figure the vertical thin line) 12 'is formed asymmetrical groove of sufficient depth. After the plate is split along such a groove, the step (roughness) is about 3 microns. For angles of 0 ° and 24 ”, the step is 10 μm.
Соответственно, расстояние между краевыми фотоприемниками в соседних фотоприемных модулях, например, с фоточувствительной матрицей на основе твердого раствора теллурида кадмия и ртути составит не более 22 мкм, из которых 8 мкм ширина зоны повреждения и 3 мкм неровность поверхности раскола на каждом фотоприемном модуле (чипе 1). Для фотоприемных модулей с матрицами болометров, с размером ячейки 50×50 мкм2, на кремниевой интегральной микросхеме и на основе гибридных сборок с размерами пиксела до 22×22 мкм2 размер промежутка между краевыми функционирующими фоточувствительными элементами соседних чипов 2 (см. Фиг.1) составит не более размера одного пиксела.Accordingly, the distance between the edge photodetectors in adjacent photodetector modules, for example, with a photosensitive matrix based on a solid solution of cadmium telluride and mercury, will be no more than 22 μm, of which 8 μm is the width of the damage zone and 3 μm is the roughness of the split surface on each photodetector module (chip 1 ) For photodetector modules with bolometer arrays, with a cell size of 50 × 50 μm 2 , on a silicon integrated circuit and based on hybrid assemblies with pixel sizes up to 22 × 22 μm 2, the gap size between the edge functioning photosensitive elements of neighboring chips 2 (see Figure 1 ) will be no more than the size of one pixel.
В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры его осуществления.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of a technical result, we give the following examples of its implementation.
Пример 1.Example 1
Формирование граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей осуществляют тем, что наносят защитное покрытие на планарную сторону приборной пластины, используя лазер, производят скрайбирование и осуществляют раскалывание приборной пластины.The formation of chip faces for mosaic photodetector modules is carried out by applying a protective coating to the planar side of the dashboard using a laser, scribing and splitting the dashboard.
Перед нанесением защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины на краях будущего чипа формируют две скрайбовые дорожки, одна из которых вспомогательная, а вторая предназначена для скрайбирования, формирующего грань. Дорожки располагают на расстоянии друг от друга 1 мм.Before applying a protective coating to the planar side of the instrument plate, two scribe tracks are formed at the edges of the future chip, one of which is auxiliary, and the second is intended for scribing, forming a face. Tracks are 1 mm apart.
Защитное покрытие наносят толщиной, обеспечивающей поглощение лазерного излучения с плотностью энергии меньшей порога плавления в материале защитного покрытия, с возможностью препятствования воздействия на полупроводниковый материал. В качестве защитного покрытия используют фоторезист марки S1813™ толщиной не менее 1 мкм. Указанный фоторезист после нанесения на поверхность приборной пластины отжигают в течение 2 минут при температуре 116°С.The protective coating is applied with a thickness that ensures the absorption of laser radiation with an energy density lower than the melting threshold in the material of the protective coating, with the possibility of preventing exposure to the semiconductor material. As a protective coating using a photoresist brand S1813 ™ with a thickness of at least 1 μm. The specified photoresist after application to the surface of the instrument plate is annealed for 2 minutes at a temperature of 116 ° C.
После нанесения защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины по вспомогательной дорожке, расположенной дальше от фоточувствительных элементов или элементов кремниевой схемы считывания, приборную пластину разделяют на чипы. Затем осуществляют скрайбирование, формирующее грань, с использованием многопроходного режима. Скрайбирование осуществляют с использованием многопроходного режима - 50 проходов. При этом в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава. Скорость выбирают около 120 мкм/сек при перекрытии световых пятен максимум в 10% при скрайбировании под лазерным излучением с плотностью энергии до 3,60 Дж/см2, с частотой повторения импульсов 100 Гц, при длительности импульсов менее 7×10-9 сек, при длине волны лазерного излучения 0,337 мкм.After applying a protective coating to the planar side of the instrument plate along an auxiliary track located farther from the photosensitive elements or elements of the silicon readout circuit, the instrument plate is divided into chips. Then carry out scribing, forming a face, using the multi-pass mode. Scribing is carried out using a multi-pass mode - 50 passes. At the same time, in each pass of the instrument plate, its speed of movement is selected from the condition that there are no material melt zones on the surface due to the overlapping of light spots from pulsed radiation, as well as the absence of a decrease in the groove width due to deposition of the melt. A speed of about 120 μm / s is chosen with a maximum of 10% overlapping light spots when scribing under laser radiation with an energy density of up to 3.60 J / cm 2 , with a pulse repetition rate of 100 Hz, with a pulse duration of less than 7 × 10 -9 s, at a wavelength of laser radiation of 0.337 microns.
При скрайбировании формируют канавку симметричной V-образной формы, направляя излучение по нормали к поверхности приборной пластины и получая канавку со стенками, образующими с поверхностью приборной пластины тупой угол α. Отклонение оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки составляет 0°.When scribing, a groove of a symmetrical V-shape is formed, directing the radiation normal to the surface of the dashboard and receiving a groove with the walls forming an obtuse angle α with the surface of the dashboard. The deviation of the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove is 0 °.
Пример 2Example 2
Формирование граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей осуществляют тем, что наносят защитное покрытие на планарную сторону приборной пластины, используя лазер, производят скрайбирование и осуществляют раскалывание приборной пластины.The formation of chip faces for mosaic photodetector modules is carried out by applying a protective coating to the planar side of the dashboard using a laser, scribing and splitting the dashboard.
Перед нанесением защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины на краях будущего чипа формируют две скрайбовые дорожки, одна из которых вспомогательная, а вторая предназначена для скрайбирования, формирующего грань. Дорожки располагают на расстоянии друг от друга 1 мм.Before applying a protective coating to the planar side of the instrument plate, two scribe tracks are formed at the edges of the future chip, one of which is auxiliary, and the second is intended for scribing, forming a face. Tracks are 1 mm apart.
Защитное покрытие наносят толщиной, обеспечивающей поглощение лазерного излучения с плотностью энергии меньшей порога плавления в материале защитного покрытия, с возможностью препятствования воздействия на полупроводниковый материал. В качестве защитного покрытия используют фоторезист G2SP15 толщиной не менее 1 мкм. Указанный фоторезист после нанесения на поверхность приборной пластины отжигают в течение 2 минут при температуре 116°С.The protective coating is applied with a thickness that ensures the absorption of laser radiation with an energy density lower than the melting threshold in the material of the protective coating, with the possibility of preventing exposure to the semiconductor material. As a protective coating, a G2SP15 photoresist with a thickness of at least 1 μm is used. The specified photoresist after application to the surface of the instrument plate is annealed for 2 minutes at a temperature of 116 ° C.
После нанесения защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины по вспомогательной дорожке, расположенной дальше от фоточувствительных элементов или элементов кремниевой схемы считывания, приборную пластину разделяют на чипы. Затем осуществляют скрайбирование, формирующее грань, с использованием многопроходного режима. Скрайбирование осуществляют с использованием многопроходного режима - 98 проходов. При этом в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава. Скорость выбирают около 120 мкм/сек при перекрытии световых пятен максимум в 10% при скрайбировании под лазерным излучением с плотностью энергии до 3,60 Дж/см2, с частотой повторения импульсов 100 Гц, при длительности импульсов менее 7×10-9 сек, при длине волны лазерного излучения 0,337 мкм.After applying a protective coating to the planar side of the instrument plate along an auxiliary track located farther from the photosensitive elements or elements of the silicon readout circuit, the instrument plate is divided into chips. Then carry out scribing, forming a face, using the multi-pass mode. Scribing is carried out using a multi-pass mode - 98 passes. At the same time, in each pass of the instrument plate, its speed of movement is selected from the condition that there are no material melt zones on the surface due to overlapping light spots from pulsed radiation, as well as the absence of a reduction in the groove width due to deposition of the melt. A speed of about 120 μm / s is chosen with a maximum of 10% overlapping light spots when scribing under laser radiation with an energy density of up to 3.60 J / cm 2 , with a pulse repetition rate of 100 Hz, with a pulse duration of less than 7 × 10 -9 s, at a wavelength of laser radiation of 0.337 microns.
При скрайбировании формируют канавку асимметричной V-образной формы путем отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки, получая канавку со стенкой со стороны чипа, образующей с поверхностью приборной пластины угол менее величины α и не более 180°-α, где α - тупой угол, образуемый между стенками канавки и поверхностью приборной пластины, при формировании канавки симметричной V-образной формы в случае направления излучения по нормали к поверхности приборной пластины. Угол отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки выбирают равным 24”.When scribing, an asymmetric V-shaped groove is formed by deviating the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove, obtaining a groove with a wall on the chip side that forms an angle less than α and not more than 180 ° -α, where α is the obtuse angle formed between the walls of the groove and the surface of the instrument plate when forming a groove of a symmetrical V-shape in the case of radiation direction normal to the surface of the instrument insert. The deviation angle of the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove is chosen equal to 24 ".
Формирование граней чипа для мозаичных фотоприемных модулей осуществляют тем, что наносят защитное покрытие на планарную сторону приборной пластины, используя лазер, производят скрайбирование и осуществляют раскалывание приборной пластины.The formation of chip faces for mosaic photodetector modules is carried out by applying a protective coating to the planar side of the dashboard using a laser, scribing and splitting the dashboard.
Перед нанесением защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины на краях будущего чипа формируют две скрайбовые дорожки, одна из которых вспомогательная, а вторая предназначена для скрайбирования, формирующего грань. Дорожки располагают на расстоянии друг от друга 1 мм.Before applying a protective coating to the planar side of the instrument plate, two scribe tracks are formed at the edges of the future chip, one of which is auxiliary, and the second is intended for scribing, forming a face. Tracks are 1 mm apart.
Защитное покрытие наносят толщиной, обеспечивающей поглощение лазерного излучения с плотностью энергии меньшей порога плавления в материале защитного покрытия, с возможностью препятствования воздействия на полупроводниковый материал. В качестве защитного покрытия используют фоторезист марки S1813™ толщиной не менее 1 мкм. Указанный фоторезист после нанесения на поверхность приборной пластины отжигают в течение 2 минут при температуре 116°С.The protective coating is applied with a thickness that ensures the absorption of laser radiation with an energy density lower than the melting threshold in the material of the protective coating, with the possibility of preventing exposure to the semiconductor material. As a protective coating using a photoresist brand S1813 ™ with a thickness of at least 1 μm. The specified photoresist after application to the surface of the instrument plate is annealed for 2 minutes at a temperature of 116 ° C.
После нанесения защитного покрытия на планарную сторону приборной пластины по вспомогательной дорожке, расположенной дальше от фоточувствительных элементов или элементов кремниевой схемы считывания, приборную пластину разделяют на чипы. Затем осуществляют скрайбирование, формирующее грань, с использованием многопроходного режима. Скрайбирование осуществляют с использованием многопроходного режима - 100 проходов. При этом в каждом проходе приборной пластины скорость ее движения выбирают из условия отсутствия на поверхности больших зон расплава материала за счет перекрытия световых пятен от импульсного излучения, а также отсутствия уменьшения ширины канавки за счет осаждения расплава. Скорость выбирают около 120 мкм/сек при перекрытии световых пятен максимум в 10% при скрайбировании под лазерным излучением с плотностью энергии до 3,60 Дж/см2, с частотой повторения импульсов 100 Гц, при длительности импульсов менее 7×10-9 сек, при длине волны лазерного излучения 0,337 мкм.After applying a protective coating to the planar side of the instrument plate along an auxiliary track located farther from the photosensitive elements or elements of the silicon readout circuit, the instrument plate is divided into chips. Then carry out scribing, forming a face, using the multi-pass mode. Scribing is carried out using a multi-pass mode - 100 passes. At the same time, in each pass of the instrument plate, its speed of movement is selected from the condition that there are no material melt zones on the surface due to overlapping light spots from pulsed radiation, as well as the absence of a reduction in the groove width due to deposition of the melt. A speed of about 120 μm / s is chosen with a maximum of 10% overlapping light spots when scribing under laser radiation with an energy density of up to 3.60 J / cm 2 , with a pulse repetition rate of 100 Hz, with a pulse duration of less than 7 × 10 -9 s, at a wavelength of laser radiation of 0.337 microns.
При скрайбировании формируют канавку асимметричной V-образной формы путем отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки, получая канавку со стенкой со стороны чипа, образующей с поверхностью приборной пластины угол менее величины α и не более 180° - α, где α - тупой угол, образуемый между стенками канавки и поверхностью приборной пластины, при формировании канавки симметричной V-образной формы в случае направления излучения по нормали к поверхности приборной пластины. Угол отклонения оптической оси лазерной системы, генерирующей требуемое излучение для скрайбирования, от нормали к поверхности приборной пластины в поперечном направлении формируемой канавки выбирают равным 12”.When scribing, an asymmetric V-shaped groove is formed by deviating the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove, obtaining a groove with a wall on the chip side that forms an angle less than α and not more than 180 ° - α, where α is the obtuse angle formed between the walls of the groove and the surface of the instrument plate when forming a groove of a symmetrical V-shape in the case of e radiation direction normal to the surface of the instrument insert. The deviation angle of the optical axis of the laser system generating the required radiation for scribing from the normal to the surface of the instrument plate in the transverse direction of the formed groove is chosen equal to 12 ".
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012140639/28A RU2509391C1 (en) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012140639/28A RU2509391C1 (en) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2509391C1 true RU2509391C1 (en) | 2014-03-10 |
Family
ID=50192211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012140639/28A RU2509391C1 (en) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2509391C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5214261A (en) * | 1990-09-10 | 1993-05-25 | Rockwell International Corporation | Method and apparatus for dicing semiconductor substrates using an excimer laser beam |
| US6849524B2 (en) * | 1998-10-23 | 2005-02-01 | Emcore Corporation | Semiconductor wafer protection and cleaning for device separation using laser ablation |
| RU2254299C1 (en) * | 2003-11-05 | 2005-06-20 | Алексеев Андрей Михайлович | Method of separation of solid transparent laminas with the light-emitting or microelectronic structures |
| US20050263854A1 (en) * | 1998-10-23 | 2005-12-01 | Shelton Bryan S | Thick laser-scribed GaN-on-sapphire optoelectronic devices |
| US6995466B2 (en) * | 2002-12-12 | 2006-02-07 | Denso Corporation | Semiconductor device having passivation cap and method for manufacturing the same |
| US7741192B2 (en) * | 2004-08-19 | 2010-06-22 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP4781128B2 (en) * | 2006-02-24 | 2011-09-28 | 株式会社デンソー | Semiconductor wafer dicing method |
-
2012
- 2012-09-21 RU RU2012140639/28A patent/RU2509391C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5214261A (en) * | 1990-09-10 | 1993-05-25 | Rockwell International Corporation | Method and apparatus for dicing semiconductor substrates using an excimer laser beam |
| US6849524B2 (en) * | 1998-10-23 | 2005-02-01 | Emcore Corporation | Semiconductor wafer protection and cleaning for device separation using laser ablation |
| US20050263854A1 (en) * | 1998-10-23 | 2005-12-01 | Shelton Bryan S | Thick laser-scribed GaN-on-sapphire optoelectronic devices |
| US6995466B2 (en) * | 2002-12-12 | 2006-02-07 | Denso Corporation | Semiconductor device having passivation cap and method for manufacturing the same |
| RU2254299C1 (en) * | 2003-11-05 | 2005-06-20 | Алексеев Андрей Михайлович | Method of separation of solid transparent laminas with the light-emitting or microelectronic structures |
| US7741192B2 (en) * | 2004-08-19 | 2010-06-22 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP4781128B2 (en) * | 2006-02-24 | 2011-09-28 | 株式会社デンソー | Semiconductor wafer dicing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4870031A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| KR101715957B1 (en) | Semiconductor photodetection element | |
| US8697558B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR102060185B1 (en) | Back-illuminated sensor with boron layer | |
| EP2646194B1 (en) | Method of separating surface layer of semiconductor crystal using a laser beam perpendicular to the separating plane | |
| US20220359428A1 (en) | Method for Processing a Semiconductor Wafer and Semiconductor Composite Structure | |
| KR20120101707A (en) | Method and device for a laser lift-off method having a beam splitter | |
| TW201231258A (en) | Lens assembly and method for forming the same | |
| TW202032647A (en) | Laser machining method and production method for semiconductor member | |
| RU2509391C1 (en) | Method of forming chip boundaries for inlaid photodetector modules | |
| Novoselov | Method of reducing the gap between chips in mosaic photodetector modules | |
| TWI788642B (en) | Apparatuses for detecting radiation and their methods of making | |
| JP2022169468A (en) | Method for dividing semiconductor workpiece | |
| WO2020130108A1 (en) | Laser machining method, and semiconductor device manufacturing method | |
| Novoselov | Development of highly efficient mosaic photodetectors based on arrays of photosensitive elements | |
| EP0203591B1 (en) | Method of reinforcing a body of silicon, materials therefor and its use in the thinning of a plate-like body of silicon | |
| TW202105481A (en) | Laser processing method, semiconductor member manufacturing method, and laser processing device | |
| CN112447883B (en) | Separation method for separating semiconductor wafers comprising a plurality of solar cell stacks | |
| Dem’yanenko et al. | Enhancement of image conversion efficiency in mosaic microbolometer detector arrays | |
| Dem’yanenko et al. | Image conversion in uncooled mosaic microbolometer detectors for the IR and terahertz regions with a format up to 3072× 576 or more | |
| US9390968B2 (en) | Low temperature thin wafer backside vacuum process with backgrinding tape | |
| Zhao et al. | Development of wide bandgap semiconductor photonic device structures by excimer laser micromachining | |
| Deriks et al. | Laser-lift-off of GaN-based transistors with an ultra-short-pulsed deep UV laser | |
| CN115533338A (en) | Laser dicing apparatus and wafer dicing method | |
| Novoselov et al. | Application of pulsed UV laser for dicing of arrays and linear of photodiodes based on MCT solid solution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170922 |