Полупроводниковая пластина

Один из технологических процессов в электронной промышленности, процесс разделения полупроводниковых пластин на отдельные кристаллы включает в себя:

• скрайбирование (надрезание) и последующие разламывание
• либо сквозное разрезание, при котором пластину прорезают насквозь за одну стадию режущим инструментом (алмазным диском, проволокой) – что позволяет резать пластину толщиной до 1 мм и диаметром 100 – 150 мм со скоростью до 150 мм/с, на глубину 300 мкм и более за один проход.

Скрайбирование

Скрайбирование заключается в нанесении на поверхность пластины в двух взаимно перпендикулярных направлениях рисок, например алмазным резцом, диском, проволокой или лучом лазера. Под рисками образуются напряженные области, по которым после приложения к пластине механического воздействия происходит ломка пластины.

Скрайбирование механическим способом

В случае резки пластины резцом в отечественном производстве применялись резцы с алмазным наконечником, с рабочей частью в виде: трёхгранной пирамиды – для резки пластин толщиной от 100 до 250 мкм из германия; четырёхгранной пирамиды с острой вершиной - для резки пластин толщиной от 250 до 500 мкм из кремния; четырёхгранная усёченной пирамиды – для резки пластин одной из четырех заостренных граней. При резке на кристаллы пластин кремния и германия толщиной 125 мкм, минимальный шаг резки составлял 0,4 и 0,5 мм для кремния и германия соответственно, нагрузка резца на пластину 0,5 Н и 0,1 Н соответственно при скорости нанесения рисок 0,025 м/мин и 0,03 м/мин соответственно. Глубина рисок после одного хода алмазной резки – 7 мкм, для обеспечения удовлетворительного качества разламывания после резки глубина реза должна быть не менее 2/3 исходной толщины пластины. При скрайбировании большу́ю роль играет соотношение ширины кристаллов и толщины разрезаемой пластины. Оптимальным считается отношение ширина (длины) кристалла и толщины пластины 6:1, минимум 4:1. Если толщина пластины становится соизмеримой с шириной (длиной) отрезаемого кристалла, то излом пластины после скрайбирования происходит в произвольном направлении.

Скрайбирование лазером

Для скрайбирования также применяют энергию лазерного излучения – скрайберные риски создаются испарением полупроводникового материала с поверхности пластины при её перемещении относительно сфокусированного лазерного пучка, имеющего большую мощность излучения. При испарении полупроводникового материала, которое происходит при высокой температуре, в ослабленном канавкой сечении пластины возникают термические напряжения, а сама канавка, являясь узкой (до 25 – 40 мкм) и глубокой (до 50 – 100 мкм) по форме, выполняет роль концентратора механических напряжений. Наряду с созданием глубокой разделительной канавки, вследствие отсутствия механического воздействия на рабочей поверхности пластины не образуются микротрещины и сколы, что позволяет поднять скорость скрайбирования до 200 мм/с и выше. Защита и очистка пластины от конденсатов полупроводникового материала обеспечивается:

• продувкой зоны обработки воздухом;
• размещением над пластиной прозрачной эластичной ленты, обладающей хорошей адгезией к глобулам испаренного материала и предотвращении их осаждения на поверхность пластины;
• нанесением плёночного покрытия, например органическим фоторезистом, который потом удаляют

Разламывание на отдельные кристаллы

Ломают скрайбированную пластину

• механически, приложив к ней изгибающий момент,
  • пластину помещают рабочей поверхностью (скрайберными рисками) вниз на гибкую (например из резины) опору и с небольшим усилием покатывают последовательно в двух перпендикулярных направлениях, параллельно направлениям скрайбирования, стальным, резиновым валиком диаметром 10 – 30 мм (или стальным (фторопластовым) клином (призмой) с небольшим радиусом скругления). Гибкая опора деформируется, пластина изгибается в месте нанесения риски и лопается по ним.
• с помощью ультразвука;
• термоударом – нагревом и последующим быстрым охлаждением;
• скрайбированные пластины помещают в конверт из пластичного материала, затем вакуумно-плотно закрывают и откачивают из него воздух – в результате чего возникает механическое воздействие и пластина разламывается.

Таким образом, разламывание происходит в две стадии: вначале на полоски, а затем на отдельные кристаллы. Чтобы полоски или кристаллы в процессе ломки не смещались относительно друг друга в процессе ломки (это может привести к произвольному разламыванию и царапанью кристаллов друг о друга), перед ломкой пластину покрывают сверху эластичной плёнкой (полиэтиленовой, лавсановой), что позволяет в процессе ломки сохранить ориентацию полосок и кристаллов. Для сохранения ориентации кристаллов для последующих операций (особенно это важно при автоматизированной сборке) иногда пластину, перед разделением на кристаллы, закрепляют на специальной подложке – спутнике. Кристаллы между операциями на спутнике закрепляют:

• на стеклянном спутнике – примораживанием;
• на пластмассовом – электростатическими силами;
• на тонкой эластичной плёнке – адгезивными составами. Адгезию слоя подбирают такой, чтобы при разломе кристалл прочно удерживался, а после – снимался без остатков адгезивного вещества.

Ввиду того, что вручную тяжело правильно подобрать необходимое усилие прижима, в современном процессе производства полупроводниковой продукции широко применяется техника и автоматизация. И хотя современное оборудование позволяет выдержать шаг скрайбирования с точностью до ±10 мкм, после разламывания размеры готовых кристаллов имеют значительный разброс, обусловленный влиянием кристаллографической ориентации пластин. При подготовке к сборке перед контролем кристалла его поверхность очищают от различных загрязнений. Более удобно (в технологическом плане) провести эту очистку непосредственно после скрайбирования и перед разломкой на кристаллы – отходы обработки, в виде крошки, потенциально являются причиной появления брака.

См. также

• Технология
• Нанотехнология

Литература

• Готра З. Ю. Справочник по технологии микроэлектронных устройств. — Львов: Каменяр, 1986. — 287 с.
• Бер А. Ю., Минскер Ф. Е. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. — М: «Высшая школа», 1986. — 279 с.

Ссылки