УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОСОГО ШЛИФА

Предполагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции устройства для изготовления косого шлифа полупроводникового кристалла.
Известно устройство получения косого шлифа, состоящее из пуансона, пресс-шайбы в виде цилиндра, на одном из оснований которого выполнена плоская фаска под углом косого шлифа (см. патент РФ №2260787 класс. G01N 13/00 от 20.09.2005 г.).
Метод косого шлифа является методом разрушающего контроля и используется в электронной технике, в частности - в микроэлектронике, при анализе дефектов кристаллов полупроводниковых приборов и микросхем, для определения глубин залегания р-n переходов, толщин эпитаксиальных структур, а также толщин окисла. Величины указанных глубин и толщин малы и составляют 0,05…20 мкм, что усложняет их определение. При изготовлении косого шлифа поверхность шлифовки составляет малый угол с поверхностью полупроводникового кристалла, что приводит к «расширению» сечения полупроводникового кристалла. В таком случае глубины и толщины могут быть относительно легко измерены. «Расширение» сечения пропорционально тангенсу угла наклона поверхности шлифовки к поверхности полупроводникового кристалла. Угол формируется шлифовкой полупроводникового кристалла, предварительно размещенного на наклонной поверхности специально подготовленного держателя. Полупроводниковый кристалл на время шлифовки приклеивается к держателю при помощи воска. После окончания шлифовки держатель с полупроводниковым кристаллом нагревается, и полупроводниковый кристалл отделяется от держателя для дальнейшего анализа.
Недостатком данного устройства является невозможность точной ориентации образца из-за отсутствия ориентира на поверхности плоской фаски.
Указанный недостаток устранен в наиболее близком к предлагаемому устройству состоящем из пуансона, пресс-шайбы в виде цилиндра, на одном из оснований которого выполнена плоская фаска под углом косого шлифа, и наклеенного на плоскость фаски по линии пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра исследуемого полупроводникового кристалла (см. книгу Р. Бургер, Р. Донован. Основы технологии кремниевых интегральных микросхем. Окисление, диффузия эпитаксия. - М: Мир, 1969. - 298-299 с.).
Линия пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра позволяет точно ориентировать исследуемый полупроводниковый кристалл на пресс-шайбе, что упрощает получение шлифа на исследуемом полупроводниковом кристалле в необходимом месте.
Однако, этому устройству, как и предыдущему свойственен следующий недостаток: на нем сложно получать косой шлиф на малых (размером менее чем 1,5×1,5 мм) кристаллах. Толщина кристаллов малого размера обычно составляет 0,1-0,3 мм. При получении косых шлифов на таких кристаллах удельное давление в месте шлифовки становится высоким и материал полупроводникового кристалла может расколоться. Осколки полупроводникового кристалла ухудшают качество шлифа. Кроме того, из-за высокого удельного давления возрастает трение, которое приводит к нагреву полупроводникового кристалла, и, так как при малых размерах кристалла теплоотвод от кристалла слабый, происходит размягчение воска вблизи полупроводникового кристалла, и отделению полупроводникового кристалла в процессе шлифовки от пресс-шайбы.
Техническим результатом данной полезной модели является улучшение качества косых шлифов на небольших исследуемых кристаллах (размером менее чем 1,5×1,5 мм).
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных устройств получения косого шлифа, состоящих из пуансона, пресс-шайбы в виде цилиндра, на одном из оснований которого выполнена плоская фаска под углом косого шлифа, и наклеенного на плоскость фаски по линии пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра исследуемого полупроводникового кристалла, в предлагаемом устройстве между исследуемым полупроводниковым кристаллом и фаской расположен сегмент плоскопараллельной пластины из того же материала что и исследуемый полупроводниковый кристалл, прямолинейный край которого совмещен с линией пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы, а сам полупроводниковый кристалл смещен относительно прямолинейного края сегмента пластины на расстояние х, где х рассчитывается по формуле:
,
где К - коэффициент запаса для обеспечения начала шлифования сегмента плоскопараллельной пластины, а затем - шлифования исследуемого полупроводникового кристалла, равный 1,1-1,25;
d - толщина исследуемого полупроводникового кристалла;
α - угол между плоскостью фаски и основанием пресс-шайбы.
Отличительной особенностью является то, что основное давление приходится в начале процесса шлифования на сегмент плоскопараллельной пластины из того же материала что и исследуемый полупроводниковый кристалл, в дальнейшем, когда в процесс шлифования подключается полупроводниковый кристалл, удельное давление на полупроводниковый кристалл уменьшается, что исключает сколы кристалла.
Сегмент плоскопараллельной пластины имеет большую, чем исследуемый полупроводниковый кристалл, площадь соприкосновения с плоскостью фаски, что улучшает отвод тепла от сегмента плоскопараллельной пластины с исследуемым полупроводниковым кристаллом на пресс-шайбе, а, следовательно, предотвращает их отделение в процессе шлифовки от пресс-шайбы.
Расстояние от края прямолинейного сегмента плоскопараллельной пластины х, на которое смещен исследуемый полупроводниковый кристалл, и толщина этого полупроводникового кристалла d являются катетами воображаемого прямоугольного треугольника, образованного предлагаемым устройством и плоскостью шлифования. В данном прямоугольном треугольнике одним из углов является α. Тангенс угла α определяется по формуле:
,
откуда можно выразить расстояние от края прямолинейного сегмента пластины, на которое смещен исследуемый полупроводниковый кристалл х с поправкой на наклеивание полупроводникового кристалла:
.
Толщина клея, на который полупроводниковый кристалл приклеивается к сегменту плоскопараллельной пластины, добавляется к толщине полупроводникового кристалла и обычно составляет порядка 10-15 мкм.
Минимальный коэффициент К равный 1,1 обеспечивает гарантированное шлифование сегмента плоскопараллельной платины в начале процесса шлифования с учетом толщины клея и тому подобного. При меньшем значении коэффициента К, например, К=1, возможно начало шлифования полупроводникового кристалла, что приведет к ухудшению качества шлифа из-за возможного появления трещин и отклеивания кристалла.
Использование К большего, чем 1,25 нецелесообразно, так как увеличивается время на изготовление шлифа.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен фрагмент сечения рабочей части устройства.
На фиг. 2 изображен фрагмент сечения устройства, увеличенный в месте присоединения сегмента пластины с полупроводниковым кристаллом к пресс-шайбе.
На фиг. 3 изображен вид сверху на сегмент пластины с исследуемым полупроводниковым кристаллом.
Позициями на фиг. 1-3 обозначены:
1 - пуансон;
2 - подвижный стержень пуансона;
3 - винтовое соединение;
4 - пресс-шайба;
5 - сегмент плоскопараллельной пластины;
6 - исследуемый полупроводниковый кристалл;
7 - клей;
8 - шлифовальный круг;
9 - абразивная паста.
Устройство получения косого шлифа, состоящее из пуансона, пресс-шайбы в виде цилиндра, на одном из оснований которого выполнена плоская фаска под углом косого шлифа, и наклеенного на плоскость фаски по линии пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра исследуемого полупроводникового кристалла, представленное на фиг. 1-3, состоит из пуансона 1, на подвижном стержне 2 которого закреплена при помощи винтового соединения 3 пресс-шайба 4, на которую присоединен сегмент плоскопараллельной пластины 5 с исследуемым полупроводниковым кристаллом 6. Исследуемый полупроводниковый кристалл 6 соединен с сегментом плоскопараллельной пластины 5 при помощи клея 7, а сегмент плоскопараллельной пластины 5 с исследуемым полупроводниковым кристаллом соединен с пресс-шайбой воском. Пуансон 1 в процессе шлифования движется по шлифовальному кругу 8 на который нанесена абразивная паста 9.
Устройство работает следующим образом. На заранее подготовленный сегмент плоскопараллельной пластины при помощи клея на необходимом от прямолинейного края расстоянии приклеивается исследуемый полупроводниковый кристалл (например, карбидкремниевый диод), размером 1,2×1,2 мм. Далее пресс-шайба помещается на электроплитку, которая нагревает пресс-шайбу до температуры плавления воска, и на нагретую пресс-шайбу наносится воск. На пресс-шайбу с расплавленным воском по линии пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы приклеивается сегмент плоскопараллельной пластины из карбида кремния с полупроводниковым кристаллом карбидкремниевого диода. Затем пресс-шайба снимается с электроплитки и помещается на алюминиевый радиатор, на котором она охлаждается до комнатной температуры. Пресс-шайба присоединяется к застопоренному на пуансоне подвижному стрежню пуансона при помощи винтового соединения, после чего пуансон переворачивается пресс-шайбой вниз и устанавливается на шлифовальном круге с нанесенной абразивной пастой. После этого подвижный стержень пуансона высвобождается и медленно опускается вниз до соприкосновения со шлифовальным кругом. Производится шлифование полупроводникового кристалла карбидкремниевого диода. По завершению шлифования подвижный стержень пуансона вновь стопорится и пуансон переворачивается пресс-шайбой вверх. Пресс-шайба отделяется от подвижного стержня пуансона и помещается на электроплитку, на которой происходит расплавление воска и отделение от пресс-шайбы сегмента плоскопараллельной пластины с полупроводниковым кристаллом карбидкремниевого диода, после чего сегмент плоскопараллельной пластины с полупроводниковым кристаллом карбидкремниевого диода отмывается от остатков воска и абразивной пасты в спирто-бензиновой смеси. Р-n переход наблюдают в растровом электронном микроскопе в режиме вторичных электронов. Р-область видна, как более светлая, n-область - как более темная.