Напівпровідникові пластини і їх параметри Підготовка розрізання напівпровідникового злитка на пластини

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
"Напівпровідникові пластини і їх параметри. Підготовка, розрізання напівпровідникового злитка на пластини і обробка"
МІНСЬК, 2008

Матеріали, застосовувані для підкладок ІС

Найбільшого поширення в напівпровідникової електроніки отримали чотири види інтегральних мікросхем: тонкоплівкові мікросхеми, гібридні, тверді (монтажні) і сполучені, основою яких служить підкладка виконана з діелектричного або напівпровідникового матеріалу (скло, кераміка, кварц, кремній, германій, сапфір, ситалл, анодований алюміній та ін.)
Підкладкою прийнято називати ізоляційний або напівпровідниковий матеріал вигляді пластини, шайби, бруска або диска, який служить загальним підставою для розташування активних і пасивних елементів інтегральної мікросхеми.
Поверхня підкладок, на яку наносять пасивні та активні елементи, піддають спеціальній механічній (шліфування та полірування) і хімічної (травлення та промивання) обробці.
Головною завдання механічної обробки у виробництві напівпровідникових приладів є отримання заготовок необхідних розмірів, форми і профілю з необхідною якістю поверхні. Це завдання вирішується шляхом розрізання злитків на пластини, шліфування та полірування пластин, профілювання їх поверхні різними механічними, механохімічна та фізичними методами.

Напівпровідникові пластини і їх параметри

До якості поверхні пластин і кристалів в напівпровідниковій техніці пред'являють жорсткі вимоги, до яких відносяться наступні:
1. Товщина пластин не повинна відрізнятися від номіналу більш ніж на ± 10 мкм при середньому значенні товщини 500 мкм для Si пластин діаметром 100 мм, 675 мкм для діаметра 150 мм і 900 мкм - діаметром 200 мм. Дотримання цієї вимоги необхідно для нормальної роботи обладнання практично на всіх операціях технологічного процесу.
Відхилення діаметра Si пластин діаметром 100 мм і 150 мм ± 0,5 мм. Кремінна пластина має вигляд:

Рис.1. Вид кремнієвої пластини.
2. Точність орієнтації кристалічної площини пластини повинна знаходитись в межах ± 0,5 є, тому що від цього залежить відтворюваність процесів окислення, дифузії, імплантації домішок і т.д. Найбільш часто використовують кристали, вирізані по площинах (111) в біполярної і (100) в МДН-технології.
3. Плоскопаралельного пластин регламентується відхиленням від площини не більше ± 5 мкм по всьому діаметру пластини.
4. Зведення до мінімуму або повна відсутність механічно зовнішнього шару. Ця вимога пов'язана з малою глибиною залягання дифузійних або імплантованих pn переходів.
5. Шорсткість робочої сторони не повинна перевищувати 0,05 мкм (Rz <0,05 мкм), шорсткість не робочої сторони Ra ≤ 0,5 мкм (шліфоване-травленою) і Ra <0,08 мкм (полірованою).
Вона має округлений край по периферії з метою запобігання появи сколів і тріщин при ударах про опори і краю касет в автоматизованих системах транспортування. Округлений край дозволяє також позбутися від виникнення крайового потовщення ("валика") при нанесенні фоторезиста і "корони" при епітаксіальним нарощуванні.
Робоча сторона пластин повинна бути полірованої високого ступеня структурної досконалості, без залишкового порушеного шару.
Механічні порушення (ризики, подряпини, виколи, мікротріщини) призводять до зміни характеристик ІМС та їх деградацію. Неробоча сторона може бути шлифован-травленою або полірованою. На поверхні пластини повинні бути відсутні забруднення, плями, залишки наклеечних речовин.
Для візуального визначення орієнтації, типу електропровідності та питомого опору кремнієвих пластин на них є базовий і додатковий зрізи.

Рис.2. Види пластин: а - КДБ 10 (111); б - КЕФ 4,5 (100); в - КЕФ 4,5 (111).
Базовий зріз служить для базування пластин в установках літографії. Його довжина для пластин діаметр 76 і діаметр 100 мм становить 20-25 і 30-35 мм. Виконують його в певних кристалографічних напрямах. Надалі паралельно зрізу буде розташовуватися одна зі сторін кристала в готовій ІМС. Додаткові зрізи знаходяться під кутом 45є, 90є або 180є до основного і мають довжину 9-11 і 16-20 мм для пластин діаметром 76 і 100 мм.
На пластинах з арсеніду галію додатковий зріз, розташований під кутом 90є до базового використовують для маркування робочої сторони, а паралельний базового - для позначення разоріентаціі площини пластини щодо кристалографічної площини.

Рис.3. Пластини з разоріентаціей (а) і без разоріентаціі (б).
Для виготовлення пластин з напівпровідникового монокристалічного злитку використовують наступний маршрут: підготовка злитка і поділ його на пластини, попередня, а потім остаточна обробка пластин.

Підготовка і розрізування напівпровідникового злитка на пластини

Злитки калібрують (шліфують) по діаметру у зв'язку з тим, що після вирощування вони можуть мати конусність і хвилястість циліндричної поверхні, а також відхилення діаметра перевищують допустимі значення (для діаметра 100 мм ± 0,5 мм). Шліфування виконують по зовнішньому діаметру на універсальних круглошліфувальних верстатах алмазним шліфом. Кругом зернистістю АСМ 50/40.
Схема підготовки і розрізання напівпровідникового злитка на пластини:
· Приклеювання центрів до зливка;
· Калібрування злитку по діаметру;
· Відклеювання центрів від злитка;
· Підготовка торців злитка до орієнтації;
· Орієнтація базового зрізу на злитки і перевірка орієнтації торця;
· Виготовлення зрізів на злитку;
· Орієнтоване наклеювання злитка;
· Розрізання злитка на пластини;
· Хімічна очищення пластин;
· Контроль пластин після різання.

Рис.4. Шліфування злитків.
Перед шліфуванням до торця злитку (4) наклеечной мастикою (3) приклеюють центри (2). При цьому необхідно витримувати співвісність злитка і лини центрів, щоб припуск на обробку був рівномірно розподілений по колу перетину злитка.
Режими обробки злитка: частота обертання шліфувального круга (2500 ± 500) об / хв, частота обертання шпинделя передньої бабки (350 ± 50) об / хв, швидкість переміщення столу 2-4 м / хв, радіальна подача шліфувального круга 0,005 - 0,02 мм / дв. хід.
При шліфуванні по діаметру злиток охолоджують водою або спеціальною рідиною для відводу тепла із зон шліфування.
Після калібрування злитку центри відклеюють і подшліфовивают торці злитку, готуючи його для орієнтації.
Для визначення кристалографічного напрямку, вздовж якого повинен бути розташований базовий зріз, а також значення і напрямку відхилення площини торця злитка від заданої кристалографічної площині використовують рентгенівські дифрактометричних метод. Він заснований на особливості відображення падаючих рентгенівських променів площинами кристалічної решітки.

Рис.5. Визначення кристалографічного напрямки: 1 - злиток; 2 - лічильник Гейгера; 3,5 - відбитий і падаючий промінь; 4 - торець злитка; 6 - рентгенівська трубка.
Для кожної кристалографічної площині існує свій кут θ, значення якої наводиться в довідниках, інтенсивність відбитого випромінювання при якому буде максимальна.
Кут δ вказують у супровідному листі на злиток. Площина базового зрізу визначають аналогічно, тільки рентгенівський пучок направляють в площині осі злитка на його циліндричну поверхню. При обертанні злитку навколо осі реєструють лічильником Гейгера максимальну інтенсивність відбитого пучка (рентгенівські ус-ки УРС-50І, ДРОН-2, ДРОН-3).
Виготовлення базового і додаткового зрізів здійснюють шляхом шліфування по всій довжині злитку на плоскошліфувальних верстатах алмазним шліфувальним колом зернистістю АСМ50/40. Злиток закріплюють у спеціальному затискному пристосуванні, щоб відмітка орієнтації зрізу розташовувалася паралельно до базової площини пристосування. Пристосування встановлюють на металевому столі верстата (тип 9927 або 3Г71). При шліфуванні додаткового зрізу злиток розвертають на кут між цим зрізом і базовим. У зону шліфування подають охолоджуючу рідину. Контролюють ширину зрізу міліметровою лінійкою.
Перед розрізанням злитка на пластини виробляють його орієнтоване наклеювання. Монокристалічний злиток приклеюють наклеечной мастикою торцевій чи циліндричною поверхнею до основи чи підкладці в спеціальній оправці і разом з нею встановлюють на тримач, розташований на верстаті.
При різанні злитків великих діаметрів їх наклеюють торцевої і циліндричною поверхнями одночасно.
Для орієнтованої різання дозволяють повернути оправу зі злитком в горизонтальній і вертикальній площинах на кут разоріентаціі.
Для розрізання напівпровідникових злитків на пластини раніше використовувалися такі методи, як різання диском з зовнішньої ріжучої крайкою, дротом або полотнами, шаржірованннимі алмазами.
Останнім часом найбільшого поширення набув метод різання, при якому в якості ріжучого інструменту використовують диск з внутрішньої алмазної ріжучої крайкою.
Інструмент являє собою тонкий (від 0,1 до 0,15 мм) металевий диск (основа) з центральним отвором, на крайку якого гальванічним способом нанесений алмазний шар з нікелевою зв'язкою.
Алмазні зерна мають розміри 40 - 60 мкм при різанні кремнію і 20-40 мкм при різанні арсеніду галію.

Рис.6. Диск для різання злитків на пластини.
Зовнішній діаметр диска і діаметр його центрального отвору залежить т діаметра розрізається злитка і для злитків діаметром 200 мм можуть бути відповідно 685 та 254 мм.

Рис.7. Установка для різання злитку на пластини: 1 - шпиндель; 2 - диск; 3 - злиток; 4 - власник злитка.
Злиток (3), закріплений в утримувачі (4), розрізається алмазної кромкою обертового диска при переміщенні зливка або диска в напрямку, перпендикулярному осі барабана.
Відрізані пластини потрапляють до збірки, заповнений водою, залишаються на оправці або видаляються вакуумним знімачем. При різанні розрізати матеріал деформується, алмазні зерна труться об нього і виділяється велика кількість теплоти. Тому алмазний диск неодмінно охолоджують водою або спеціальною рідиною, що охолоджує.
Після різання контролюють геометричні параметри пластин: товщину, розкид товщини в партії пластин і в межах площі пластин - різнотовщинність.

Рис.8. Приклади дефектів пластин: Δh = h2-h1 - різнотовщинність;
δ - неплощинність; F - прогин.
Якість поверхні характеризується шорсткістю і глибиною порушеного шару.
Шорсткість: середнє арифметичне відхилення профілю Ra, висота мікронерівностей Rz.
Після різання параметри шорсткості повинні знаходиться в межах Rz = 1-1,5 мкм, Ra = 0,2-0,3 мкм.
Порушений шар після різання складається з трьох зон.

Рис.9. Структура поверхні пластини після різання.
I - зона рельєфу з полікристалічної структурою, товщина якої 0,2-0,5 висоти мікронерівностей.
II - зона тріщин і дислокаційних скупчень, які є головним дефектом різання. Другий шар в 3-6 разів товщі першого.
III - зона із залишковим пружними напрямками.
Знати глибину порушеного шару необхідно для того, щоб правильно призначити припуск на подальшу збірку, при якій повинна бути повністю вилучена зона тріщин і дислокацій.
Оперативно контролювати глибину порушеного шару можна селективно протравлівая поверхню косого або сферичного шліфа і аналізуючи його за допомогою оптичного мікроскопа.
Глибина зони тріщин після різання зазвичай не перевищує 15-20 мкм.

Обробка напівпровідникових пластин після різання

Операції різання не забезпечує необхідних точності та якості поверхні пластин: є похибки форми (неплощинність, непаралельність площин, вигин), значний порушений шар і більші відхилення по товщині.
Тому необхідна подальша обробка, яку виконують з використанням абразивних матеріалів і підрозділяють на попередню і остаточну.
Попередня обробка напівпровідникових пластин:
· Пластини після різання;
· Термообробка пластин;
· Двостороння шліфування пластин;
· Хімічна очищення пластин;
· Округляє краю;
· Травлення пластин;
· Контроль пластин після травлення.
Пластини великих діаметрів (≥ 100 мкм), отримані після розрізання злитку, піддають термообробці при температурі t = 600єС. Термообробку проводять для отримання заданого питомого опору кремнію.
Потім виконують шліфування плоских поверхонь пластин, і хімічне очищення, зкруглення країв і травлення зовнішнього шару. Воно виконується для зменшення припуску на наступну остаточну обробку робочої сторони і зняття залишкових механічних напружень від шліфування. Іноді порушений шар стравлюють не повністю для створення механічного геттер на неробочому боці пластини - області стоку для дефектів і шкідливих домішок. При такій обробці неробоча сторона пластини залишається матовою.

ЛІТЕРАТУРА

1. Технологія виробництва ЕОМ / А.П. Достанко, М.І. Пікуль, А.А. Хмиль: Учеб. - Мн. Обчислюємо. Школа, 2004 - 347с.
2. Технологія деталей радіоелектронної апаратури. Учеб. посібник для вузів / С.Є. Ушакова, В.С. Сергєєв, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Під ред. С.Є. Ушакової. - М.: Радіо і зв'язок, 2002. - 256с.
3. Тявловскій М.Д., Хмиль А.А., Станішевський В.К. Технологія деталей і периферійних пристроїв ЕВА: Учеб. посібник для ВУЗів. Мн. Обчислюємо. школа, 2001. - 256с.
4. Технологія конструкційних матеріалів: Підручник для машинобудівних спеціальностей ВНЗ / А.М. Дольський, І.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова і ін; Під ред.А.М. Дольського. - М.: Машинобудування, 2005. - 448с.
5. Зайцев І.В. Технологія електроапаратобудування: Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вищ. Школа, 2002. - 215с.
6. Основи технології найважливіших галузей промисловості: У 2 ч. Ч.1: Учеб. посібник для вузів / І.В. Ченцов.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
28.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Напівпровідникові нелінійні елементи напівпровідникові діоди
Равносоставленность та завдання на розрізання
Основні параметри завадостійкого кодування Основні параметри завадостійких кодів
Дослідження напівпровідникового стабілітрона
Розрахунок напівпровідникового випрямляча
Дослідження напівпровідникового діода
Графоаналитический розрахунок та дослідження напівпровідникового підсилювального каскаду
Напівпровідникові матеріали
Напівпровідникові діоди 2
© Усі права захищені
написати до нас