Способ разделения полупроводниковых пластин на кристаллы

 

Изобретение относится к производству электронной техники и может быть использовано в технологии изготовления интегральных схем. Сущность изобретения: пластину скрайбируют и прикладывают к ней одновременно тепловое и механическое воздействие, причем тепловое воздействие осуществляют путем создания градиента температуры. Для кремниевых пластин градиент температурного поля выбирают в пределах от 180 град/мм до 240 град/мм, а механическую нагрузку - в пределах от 6 до 8 г/см2. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1 21/78

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4928500/25 (22) 18.04.91 (46) 15.07.93. Бюл. (Ф 26 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Красная заря" (72) Я. M. Беккер, Х. Х, Байкулов, Р. Я. Волкова, П. С. Приходько и В. В. Шлыков (56) Заявка Японии М 60 — 48104, кл. Н 01 1 21/78, 1986.

Зарубежная электронная техника, 1981, М 6, с. 38 — 63.

Заявка Японии М 2702, кл. Н 01 L 21/78, 1971.

Изобретение относится к производству электронно-вычислительной аппаратуры и может быть использовано в технологии изготовления интегральных схем запоминающих устройств.

Целью изобретения является увеличение выхода годных кристаллов.

Поставленная цель достигается тем, что пластину подвергают одновременно тепловым воздействиям, и принимают пластину охлажденной плитой, при этом тепловое воздействие осуществляют путем создания градиента температурного поля, причем вектор напряжений однородного механического поля и градиент температурного поля параллельны, Для пластин из кремния градиент температурного поля выбирают в пределах от 180 град/мм до 240 град/мм, а однородное механическое поле в пределах от 6 до 8 г/см2.

„„5U „„1827696A1 (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПЛАСТИН НА

КРИСТАЛЛ Ы

{57) Изобретение относится к производству электронной техники и может быть использовано в технологии изготовления интегральных схем. Сущность изобретения: пластину скрайбируют и прикладывают к ней одновременно тепловое и механическое воздействие, причем тепловое воздей, ствие осуществляют путем создания градиента температуры. Для кремниевых пластин градиент температурного поля выбирают в пределах от 180 град/мм до 240 град/мм, а механическую нагрузку — в пределах от 6 до 8 г/см2. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

В настоящее время наибольшее распространение разделения пластин на кристаллы получил метод скрайбирования, включающий две стадии.

Нанесение на поверхности пластины параллельных рисок — надрезов с определенным шагом. При этом в области рисок создается зона пластическл деформированного кремния, содержащая микротрещины, микросколы и отличающаяся повышенными локальными механическими напряжениями. Ширина деформированной зоны достигает 270 мкм и после разделения уменьшается до 90 мкм. Поэтому элементы

БИС ЗУ располагаются не ближе 100 мкм от края кристалла, Разлом пластины на отдельные кристаллы осуществляют путем воздействия внешних механических нагрузок. Все виды разлома являются разновидностями основ1827696 ных способов, состоящих D консольном из. гибе, изгибе на цилиндрической или сфери«еской плоскостях. Для разделения двух смежных кристаллов на пластине необходи1 мы изгиба«сщие усилия растяже««ия om

3 где 1 -длина стороны кристалла, а — ширина пластины.

Иа фиг. 1 — 3 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ разделения пластин на кристаллы; на фиг. 1— устройство для скрайбирсвания пластины; на фиг. 2 — устройство для разделения пла""тин на кристаллы; на фиг. 3- представлена схема расположения векторов внешнего механи геского наг ряжения о4 и внутренних термсмеханических напряжений.

Устройство (фиг. 1) содержит стол — основание 1 для«размещен «я пластины 2 с помощью вакуумных присссск 3 пластина 2 притягивается к столу 1 и с помощью алмазного резца 4 перемещаемого устройством 5, наносят риски — прямые линии, параллельные кристаллографическим плоскостям. С целью облечения условий крупного разрушения пластины под действием скрайбера стол — основание 1 охлаждают проточной водой«.

Устройство (фиг. 2) содержит стол — основание 6, подогреваемое горячей водой. на котором располагают надрезанной поверхностью пластину 2, закрепленную с помсщью вакуумных присосок 3. Сверху пластину нагружа,ст плитой 7, охлаждаемой холодной водой и создающей поле механических напряжений.

Предлагаемый способ разделения пласУНН на кристаллы закл«счается в том, что координатный стол (фиг. 1) охлаждают до температуры 15 — 20 С, затем на нем располагают пластину 2 и с помощью вакуумных присосок 3 фиксируют ее положение íà сТо ле 1. Пластину скрайбируют в заданных наи равлениях, после чего пластину перекладывают ««а другой стол (фиг. 2) 6, скрайбирсваннсй поверхностью вниз.

Стол б нагревают «1утем пропускания горячей воды. Сверху пластины размещают охлаждающую плиту ". В результате соэдаетсл перепад температур 5Π— 65 С с градиентом 200 град/м. Одновременное воздействие градиента температурного поля, т. е, внутренних термомеханических напряжений и перпсндикулярно им направленногс равномерного механического ««агружени««пластины (внешних ««апряхсений) достаточно для разделения пластины на отдельные кристаллы.

30 расширения материала пластины в направдлениях Х и У;

Ех и Ey — модули 10нга в направлениях

ХиY;

A Т вЂ” перепад Te nepaTypb«между нагретой и охлажденной поверхностями пластин; о и оу- растягивающие термомеханические напряжения в направлениях Х и У, Воспроизведение идентичных условий разрушения кристалла, т. е. неизменность веса P пяастины 7 и постоянство перепада температуры Т вЂ” T> = A T обеспечивает . воспроизводный результат при идентично45 сти физических свойств материалов скрайбисованных пластин и стабильности технологических режимов скрайбирования.

Постоянная нагрузка P предотвращает возникновение иэгибной деформации пла5п стин. Здесь создается поле однородных напряжений сжатия, определяющее желательное направление распространения микротрещин. Величина нагрузки Р подбирается экспериментально для данно55 ro алмаза скрайбера, т. к. зависит от глубины нздрезз пластин и ширины скрайбирования дорожки.

Нагретая до температуры Т1 нижняя плита .находится в непосредственном тепловом контакте со скрайбированной повер5

На фиг. 3 представлено схематическое расположение векторов внешнего механического напряжения о< и термомеханического напряжения ol, а также показано направление градиента температурного поля, где Тг > Т1. Как видно из фиг. 3 градиент температурного поля направлен параллельно внешним механическим напряжения«л о,, а разделяющие пластину термомеханические напряжения о«направлены параллельно поверхности скрайбированной части поверхности S пластины 2.

Поскольку поверхность S под действием одностороннего нагрева пластины 2 расширяется, то внутренние напряжения действуют. в направлении деформации, т, е. в направлении расширения пластины.

Отсюда видно, что внешнее однородное механическое поле ае действует перпендикулярно поверхности (поскольку механические усилия создает плита 7 своим весом P), а термомеханические напряжения возникают в горизонтальной плоскости S, которая испытывает тепловое расширение A lx и Aly и поэтому

o = а, Ex AT сто = ау Еу ЛТ, где а„и ау — коэффициенты теплового

1827696 хностью кристалла. В этом случае слои скрайбированной поверхности пластины оказываются в области более высокой температуры Т1 и происходит однородное расширение слоев нижней — скрайбированной части пластины относительно слоев ее верхней, охлаждаемой части. При этом риски скрайбированной области, содержащие устья трещин 8 развиваются, т. е. происходит их расширение и устья трещин 8 устремляются вглубь к охлаждаемой части пластины, вызывая ее разрушение вдоль рисок скрайбирования под действием внутренних сил.

Под действием ц; скрайбированные участки 8 разрушаются вследствие термического растяжения. При постоянном градиенте Т в пластине создаются постоянно растягива)ощие термомеханические напряжения, вызывающие естественное распространение микротрещин в направлениях скопления дислокаций, созданных алмазным скрайбером.

Дефекты структуры кристалла вдоль линии скрайбирования носят локальный характер, вокруг них существует поле деформаций, где при направленной термической активации происходит перемещение дислокаций и линий скольжения и в дальнейшем происходит релаксация напряжений вызванных локальными повреждениями. Термомеханические напряжения, возникающие за счет температурного градиента достаточно велики. Для разрушения пластины необходимо, чтобы сг о, где о — предел прочности„Величина

0 зависит от степени деформации пластины элмазом скрайбера и концентрации дефектов в зоне рисок и снимается до 5

МПа. Полагая L = 4,2 к 10 град и Е = 185

ГПа, находим

Т вЂ” + ° О 62oop.

4 2 . 10 6 185 10

Для кремния высокое значение температурных градиентов составляет более

200 С/GM. В наших экспериментах градиент температурного поля составляет около

1800 С/см при ОТ=50-65 С. Разрушение пластин на отдельные кристаллы происходит в течение 10 — 12 с, Особенность предлагаемого способа разделения пластин на кристаллы состоит в безизгибном растяжении под действием внутренних термомеханических растягива15 ны, силы, действующие в поперечном сечении не одинаковые — снизу (нагрето) 20

35 сти. там, что для кремниевых пластин плиту на50 гревают до температуры, при которой гра5

10 ющих напряжений. Плоская по всему сечению боковая поверхность скола кристалла по проскрайбированной части создается при разрушении и пластины кристаллэтолько под воздействием однородного растяжения внутренними напряжениями.

Преимущества предлагаемого способа разделения пластин на кристаллы заключается в следующем: термомеханические напряжения из-за градиента температуры созда)от однородные термомеханические растягипающие напряжения повсей плоскости пластины; неравномерное нагружение по сечению разлома, т. е. по высоте пластибольше, а сверху (холод) меньше и поэтому характер их действия сводится к разделению путем растяжения соседствующих кристаллов; площадь контакта соседствующих кристаллов в пластине в процессе разделения пластины на кристаллы непрерывно уменьшается и усилия растяжения кристаллов сосредоточены на неразрушенной контактной поверхности. Совмещением градиентов температурного паля, т. е. направленные термомеханические напряжения и равномерной механической нагрузки (обеспечивающей сток дислокаций}, достигается ))аправленное разрушение вглубь надрезов пластин, созданных скрайбером.

Предлагаемый способ разделения пластин на кристаллы обеспечивает расширение верхнего слоя пластины от))осительно нижних ее слоев и од))овременное воздействие однородного механического поля, что вызывает распространено)е разрушения вглубь пластины вдоль плоскости спаяноФормула изобретения

1. Способ разделения полупроводниковых пластин на кристаллы, включающий создание надрезов на поверхности пластины с последующим нагреванием Oе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения выхода годных, нагревание осуществляют путем прижима пластины нагретой плитой.

2. Способпоп. t,o Të è÷à)oùè éñÿ диент температуры в промежутке между нижней поверхностью пластины и плитой составляет 180 — 240 град/л1м, а прижим осуществляют с усилием 6 — 8 г/см .

1827696 я" ЛрвтОЧная РО 7а

Яорячвя ФАг

Редактор

Заказ 2360 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

g dg

Ърфточнам ддс7а

Составитель Я.Беккер

Техред М.Моргентал Корректор С,Лисина