Разделение полупроводниковых пластин на кристаллы

Разделение полупроводниковых пластин на кристаллы— этаптехнологического процесса в электронной промышленности. Разделениеполупроводниковых пластинна отдельные кристаллы производится одним из двух основных способов:
Скрайбирование заключается в нанесении рисок на поверхность пластины в двух взаимно перпендикулярных направленияхалмазнымрезцом, диском, проволокой илилазерным лучом. Под рисками образуются напряжённые области, по которым происходит разлом пластины после приложения к ней механического воздействия.
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 изгермания; четырёхгранной пирамиды с острой вершиной — для резки пластин толщиной от 250 до 500 мкм изкремния; четырёхгранной усечённой пирамиды — для резки пластин одной из четырёх заострённых 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 и 0,1 Н, соответственно, при скорости нанесения рисок 0,025 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 ширины (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.
Для скрайбирования такжеприменяют 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:
Возможно также лазерное скрайбирование без удаления материала с поверхности пластины, т. н. «скрытое скрайбирование», и в настоящее время этот метод практически вытеснил испарительный. Для этого применяетсяИК-лазер на неодим-иттриевом гранате (Nd:YAG), длядлины волныкоторого кремний (наиболее популярный полупроводник) является полупрозрачным, причём поглощение довольно велико. Короткие импульсы высокой мощности фокусируются в глубине пластины, так, что её материал расплавляется и быстро перекристаллизуется в месте фокусировки, создавая зону напряжения. Несколько проходов лазера с разной глубиной фокусировки создают дорожку напряжённых зон в толще полупроводниковой пластины, по которой она затем легко разламывается.
Скрайбированную пластину разламывают:
Таким образом, разламывание происходит в две стадии: вначале на полоски, а затем на отдельные кристаллы. Чтобы полоски или кристаллы в процессе разламывания не смещались относительно друг друга (это может привести к произвольному разламыванию и царапанью кристаллов друг о друга), перед разламыванием пластину покрывают сверху эластичной плёнкой (полиэтиленовой, лавсановой), что позволяет сохранить ориентацию полосок и кристаллов в процессе разламывания. 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:
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, размеры готовых кристаллов после разламывания имеют значительный разброс, обусловленный влияниемкристаллографической ориентациипластин.
При подготовке к сборке перед контролем кристалла его поверхность очищают от различных загрязнений. В технологическом плане более удобно провести эту очистку непосредственно после скрайбирования и перед разламыванием на кристаллы — отходы обработки в виде крошки могут стать причиной появления брака.