УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОСОГО ШЛИФА

Предлагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а именно к конструкции устройства для изготовления косого шлифа полупроводникового кристалла.
Известно устройство, 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 полупроводникового кристалла (см. книгу Р. Бургер, Р. Донован. Основы технологии кремниевых интегральных микросхем. Окисление, диффузия эпитаксия. - М.: Мир, 1969. - 298-299 с.).
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.
В данном аналоге линия пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра позволяет точно ориентировать полупроводниковый кристалл на пресс-шайбе, что упрощает получение шлифа полупроводникового кристалла в необходимом месте.
Недостаток данного устройства заключается в следующем: при изготовлении косого шлифа на кристаллах с линейными размерами менее чем 1,5×1,5 мм и толщиной 0,1-0,3 мм, 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, что вследствие слабого отвода тепла от кристалла приводит к нагреву полупроводникового кристалла, размягчению воска вблизи полупроводникового кристалла, и отделению полупроводникового кристалла в процессе шлифовки от пресс-шайбы.
Указанный недостаток устранен в наиболее близком к предлагаемому устройству изготовления косого шлифа, состоящему из пуансона, пресс-шайбы в виде цилиндра, на одном из оснований которого выполнена плоская фаска под углом косого шлифа, исследуемого полупроводникового кристалла, наклеенного на сегмент плоскопараллельной пластины из того же материала, что и исследуемый полупроводниковый кристалл, причем сегмент наклеен на плоскость фаски по линии пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра, а его прямолинейный край совмещен с линией пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы (см. патент РФ №175485 класс.G01N 13/00 от 06.12.2017 г).
В указанном прототипе между полупроводниковым кристаллом и фаской расположен сегмент плоскопараллельной пластины толщиной 350-460 мкм из того же материала что и исследуемый полупроводниковый кристалл, прямолинейный край которого совмещен с линией пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы, поэтому основное давление приходится в начале процесса шлифования на сегмент плоскопараллельной пластины из того же материала что и полупроводниковый кристалл, в дальнейшем, когда в процесс шлифования подключается полупроводниковый кристалл, удельное давление на полупроводниковый кристалл уменьшается, что исключает сколы кристалла.
Недостатком данного устройства является, то, что слой клея, соединяющий сегмент плоскопараллельной пластины с полупроводниковым кристаллом зачастую распределен неравномерно. Это происходит из-за того, что процесс нанесения клея осуществляется вручную: капля клея дозированно наносится на сегмент плоскопараллельной пластины и растекается под действием сил поверхностного натяжения, т.е. образует выпуклую поверхность. При помещении кристалла на выпуклую поверхность клея его сложно позиционировать плоскопараллельно сегменту пластины из-за малых размеров кристалла (менее чем 1,5×1,5 мм), поэтому при монтировании на клей полупроводникового кристалла инструментом неизбежно рассогласование плоскопараллельности полупроводникового кристалла и сегмента пластины. В результате после сушки клея полупроводниковый кристалл фиксируется на сегменте пластины не параллельно, а под углом, что может привести к сколам углов полупроводникового кристалла в процессе шлифования и смещению плоскости шлифования, а это, в свою очередь, приводит к искажению размеров проявленных областей шлифа.
Техническим результатом данной полезной модели является улучшение качества косых шлифов на кристаллах с линейными размерами 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, исследуемого полупроводникового кристалла, наклеенного на сегмент плоскопараллельной пластины из того же материала, что и исследуемый полупроводниковый кристалл, причем сегмент наклеен на плоскость фаски по линии пересечения плоскости фаски с основанием цилиндра, а его прямолинейный край совмещен с линией пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы, в предлагаемом устройстве на сегменте плоскопараллельной пластины химическим травлением сформирована сетка, состоящая из взаимно перпендикулярных канавок глубиной h и шагом b, причем 40 мкм≤h≤80 мкм, b≤0,5 а, где а - минимальный линейный размер полупроводникового кристалла в плоскости шлифа.
Отличительной особенностью является то, что при монтировании кристалла на сегмент плоскопараллельной пластины со сформированной сеткой из взаимно перпендикулярных канавок излишки клея растекаются по канавкам, заполняя их, что обеспечивает равномерную толщину слоя клея между полупроводниковым кристаллом и сегментом плоскопараллельной пластины, а, следовательно, и плоскопараллельное расположение полупроводникового кристалла относительно сегмента пластины.
Таким образом, после сушки клея полупроводниковый кристалл фиксируется на сегменте пластины параллельно ей, что обеспечивает равномерное шлифование по всей длине кристалла и предотвращает искажение размеров проявленных областей шлифа.
При глубине канавок, менее 40 мкм указанный эффект не достигается.
При глубине канавок более 80 мкм возможно появление трещин в сегменте плоскопараллельной пластины, что в дальнейшем может привести к расколу сегмента в направлении трещин.
Величина шага канавок b≤0,5 а, выбрана с целью прохождения как минимум двух канавок под исследуемым полупроводниковым кристаллом в направлении перпендикулярном наименьшей стороне кристалла, что обеспечивает достижение указанного эффекта.
Сущность полезной модели поясняется графически.
На фиг. 1 изображен фрагмент сечения рабочей части устройства.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение сегмента плоскопараллельной пластины с полупроводниковым кристаллом.
На фиг. 3 изображен вид сверху плоскопараллельной пластины с полупроводниковым кристаллом.
Позициями на фиг. 1-3 обозначены
1 - пуансон;
2 - подвижный стержень пуансона;
3 - винтовое соединение;
4 - пресс-шайба;
5 - сегмент плоскопараллельной пластины с сеткой из канавок;
6 - полупроводниковый кристалл;
7 - клей;
8 - шлифовальный круг;
9 - абразивная паста;
h - глубина канавки;
b - шаг канавки.
Устройство работает следующим образом. Для изготовления сегмента плоскопараллельной пластины используются не прошедшие входной контроль по дефектам поверхности кремниевые пластины. Дефекты поверхности не критичны для данного применения, поскольку размер сегмента достаточно велик, и, даже если на один сегмент придется несколько дефектов, на нем останется достаточное для монтирования полупроводникового кристалла место. Затем, с помощью операций фотолитографии и процесса жидкостного химического травления, изготавливается сетка из канавок.
На сегмент плоскопараллельной пластины с сеткой из канавок 5, например, V-образных, при помощи клея 7 на необходимом от прямолинейного края расстоянии приклеивается полупроводниковый кристалл 6. Далее пресс-шайба 4 помещается на электроплитку, которая нагревает пресс-шайбу 4 до температуры плавления воска, и на нагретую пресс-шайбу 4 наносится воск. На пресс-шайбу 4 с расплавленным воском по линии пересечения плоскости фаски и основания пресс-шайбы 4 приклеивается сегмент плоскопараллельной пластины 5 с полупроводниковым кристаллом 6. Затем пресс-шайба 4 снимается с электроплитки и помещается на алюминиевый радиатор, на котором она охлаждается до комнатной температуры. Пресс-шайба 4 присоединяется к застопоренному на пуансоне подвижному стрежню пуансона 2 при помощи винтового соединения 3, после чего пуансон 1 переворачивается пресс-шайбой 4 вниз и устанавливается на шлифовальном круге 8 с нанесенной абразивной пастой 9. После этого подвижный стержень пуансона 2 высвобождается и медленно опускается вниз до соприкосновения со шлифовальным кругом 8. Производится шлифование полупроводникового кристалла 6. По завершению шлифования подвижный стержень пуансона 2 вновь стопорится и пуансон 1 переворачивается пресс-шайбой 4 вверх. Пресс-шайба 4 отделяется от подвижного стержня пуансона 2 и помещается на электроплитку, на которой происходит расплавление воска и отделение от пресс-шайбы 4 сегмента плоскопараллельной пластины 5 с полупроводниковым кристаллом 6, после чего сегмент плоскопараллельной пластины 5 с полупроводниковым кристаллом 6 отмывается от остатков воска и абразивной пасты 9 в спирто-бензиновой смеси. Р-n-переходы проявляют в плавиковой кислоте. Р-область видна, как более темная, n-область - как более светлая.