En la fabricación de semiconductores, la precisión es el rey. Desde chips lógicos avanzados hasta dispositivos de alta potencia, la integridad de la oblea afecta directamente el rendimiento, el rendimiento y la confiabilidad a largo plazo. One of the most subtle but critical challenges in laser-based microfabrication is controlling the Heat Affected Zone (HAZ)—the microscopic region surrounding a laser-processed area where thermal energy alters material propertiesLa reducción al mínimo de HAZ es esencial, en particular para el carburo de silicio (SiC), el nitruro de galio (GaN) y otras obleas semiconductoras de banda ancha.donde incluso pequeñas distorsiones térmicas pueden inducir agrietamiento o deformación.

El problema con los láseres convencionales de nanosegundos

Los láseres pulsados tradicionales de nanosegundos (ns) entregan energía durante decenas de nanosegundos.Cuando un pulso de nanosegundo golpea una oblea de semiconductorEl calor tiene tiempo de difundirse en la red cristalina circundante.

1. La expansión térmica y las micro grietas El calentamiento localizado causa una expansión transitoria, que, en materiales frágiles como el SiC, puede resultar en fracturas microscópicas.

2. Material Recast y escombros Materia fundida puede resolidificarse de manera desigual, dejando capas de recast que interfieren con el procesamiento posterior o el rendimiento del dispositivo.

3. El calentamiento desigual introduce tensiones internas, que son particularmente problemáticas para las obleas de gran diámetro.

En las fábricas de semiconductores de alto volumen, estos efectos se traducen en un rendimiento más bajo y un mayor costo por chip.

Entra.Lasers de picosegundos: Ultra-rápido, ultra-preciso

Los láseres de picosegundos (ps) emiten pulsos del orden de 10^-12 segundos, aproximadamente 1.000 veces más cortos que los láseres de nanosegundos.Esta duración de pulso ultra corto cambia fundamentalmente cómo la energía interactúa con la oblea:

• La duración del pulso es más corta que el tiempo requerido para una difusión térmica significativa.rompiendo lazos casi instantáneamenteEste proceso, a menudo llamado "ablación en frío", elimina el material con una conducción térmica mínima a las áreas circundantes.

• Zona afectada por el calor mínimo Con el calor incapaz de migrar lejos del área irradiada, la HAZ se reduce drásticamente, a menudo a escalas submicrometrales.Esta precisión es crucial para patrones delicados en dispositivos de alta tensión SiC o transistores de alta frecuencia GaN.

• Mejora de la integridad microstrutural

Estudio de caso: Escritura en obleas de SiC

Considere la escritura en obleas, un proceso utilizado para separar los chips en cubos de la obleas en masa.Mientras que los láseres de picosegundos restringen el HAZ a menos de unos pocos micronesEsta diferencia no es meramente cosmética; mejora directamente el rendimiento de la matriz, reduce el astillamiento de los bordes y mejora la fiabilidad del dispositivo, especialmente en aplicaciones de alta potencia.

Más allá de HAZ: Los láseres de picosegundos permiten nuevas posibilidades de procesamiento

Además del control HAZ superior, los láseres de picosegundos ofrecen beneficios auxiliares que impulsan la innovación en la fabricación de semiconductores:

• La precisión permite geometrías complejas como microvias, canales o guías de onda en sustratos GaN-on-Si o SiC.

• Reducción de la posprocesamiento  Menos daños térmicos reducen la necesidad de grabado químico o pulido mecánico, ahorrando tiempo y reduciendo los riesgos de contaminación.

• Compatibilidad con los sustratos transparentes Los pulsos ultrarrápidos pueden procesar zafiro u otros sustratos ópticos sin agrietarse, abriendo caminos para la integración de la optoelectrónica y la óptica láser.

Conclusión

Para las obleas semiconductoras de próxima generación, donde la sensibilidad térmica, la fragilidad del material y la precisión microscópica son primordiales, los láseres de picosegundos representan un cambio de paradigma.Al confinar la zona afectada por el calor a dimensiones cercanas a cero, estos láseres ultra-rápidos protegen la integridad de la oblea, maximizan el rendimiento y permiten posibilidades de procesamiento que antes eran imposibles con la tecnología de nanosegundos.y dispositivos más confiablesLos láseres de picosegundos no son sólo una herramienta, sino que son un facilitador del futuro de la fabricación de semiconductores.