Устройство для химического разделения полупроводниковых пластин на кристаллы

 

Использование: в производстве полупроводниковых приборов, в частности в устройствах для разделения полупроводниковых пластин на кристаллы. Сущность изобретения: устройство содержит рабочую емкость для травления в двух средах, выполненную в виде двух коаксиальных цилиндров, торцы которых соединены конусом с углом наклона стенок не более 60°. Дно нижнего цилиндра выполнено в виде съемного стакана. Емкость снабжена перфорированной кассетой и штоком с заглушкой, смонтированными с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством циклически вращающегося вала и кулачкового механизма. При этом торец штока выполнен перфорированным, а его диаметр равен внутренним диаметрам стакана и контактирующей с ним части нижнего цилиндра емкости. 2 ил.

Изобретение касается производства полупроводниковых приборов.

Известен способ химического разделения на кристаллы, реализованный в устройстве типа ванны, заключающийся в том, что пластину разделяют на кристаллы путем травления кольцевых кремниевых областей в смеси азотной и плавиковой кислот [1].

Недостатком данного способа является его низкая производительность и трудоемкость, так как требуется проведение предварительных операций.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, выполненное в виде емкости для травления, в которую заливают травильный раствор N 1 и органическую промывочную жидкость N 2. Способ химического разделения полупроводниковых пластин на кристаллы осуществляется с использованием двуслойных жидкостей с различным удельным весом (плотностью) d₁ и d₂. Жидкость N 1 с удельным весом d₁ и жидкость N 2 с удельным весом d₂ удовлетворяют требованию d₁<d Жидкостью N 1 являются травители на основе плавиковой, азотной и уксусной кислот, в которых растворяется кремний [2].

В качестве жидкости N 2 чаще всего используют органические растворители, в которых не происходит травление кристаллов после их попадания в жидкость.

В известном устройстве удельный вес пластины d₃ должен быть меньше d₁, чтобы пластина плавала в травителе, а d₄ отдельных кристаллов должны быть d₄>d₁>d₂, чтобы кристаллы после их вытравливания тонули в травителе и нейтральной жидкости.

Недостатками известного устройства являются низкая производительность; неудобство в работе, так как при выгрузке кристаллов необходимо сливать жидкости из емкости, при этом трудно избежать перемешивания двух рабочих жидкостей; невозможно регулировать режимы травления; нет гарантии перехода кристаллов через границу двух жидкостей.

Предложенное устройство позволяет разделять пластины на элементы независимо от их удельного веса. Ликвидация активного перемешивания жидкостей различной массы, приводящая к изменению течения процесса растравливания, обеспечивается за счет того, что границу их раздела располагают в узкой части емкости.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для химического разделения, в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сбоку.

Устройство для химического разделения полупроводниковых пластин содержит рабочую емкость 1, выполненную в виде двух коаксиальных цилиндров - верхнего 2 и нижнего 3, торцы которых соединены конусом 4 с углом наклона стенок 60 ± 1^о. На торце нижнего цилиндра 3 навинчен стакан 5. На крышке 6 посредством вала 7 крепится перфорированная кассета 8 с пазами 9 для загрузки пластин 10. Это могут быть пластины кремния с локально-нанесенными омическими контактами из кислотостойких металлов или локально-нанесенные кислотостойкие материалы на поверхность металлических деталей. Hа вал 7 крепится кулачок 11, который через рычаг 12, один конец которого закреплен на стойке 13, а другой входит в паз 14 штока 15, обеспечивает возвратно-поступательное движение штока 15. С помощью привода 16 вал 7 осуществляет вращение и сообщает кассете 8 качательное движение, одновременно приводя в работу кулачок 11, который передает возвратно-поступательное движение штоку 15.

Нижний цилиндр 3 емкости 1 имеет конусную часть 17, расположенную на его внутренней поверхности. Периметр меньшего диаметра конуса совпадает с границей раздела заливаемых в емкость двух технологических жидкостей. Данная кромка (периметр) меньшего диаметра конуса является ориентиром границы двух жидкостей.

Угол конусной части 17 выполнен равным углу наклона поверхности заглушки 18, смонтированной на штоке 15.

Нижняя часть 19 заглушки 18 выполнена цилиндрической с возможностью свободного входа ее во внутреннюю полость нижнего 3 цилиндра и стакана 5, навинченного на этот цилиндр. Угол наклона стенок емкости 1 выбран экспериментально - не более 60±1^о. Данный угол обеспечивает быстрое скопление кристаллов на дне емкости.

Устройство для химического разделения пластин на кристаллы работает следующим образом.

Шток 15 опускается до упора вниз. На его верхнюю часть надевают груз 20, который обеспечивает надежное перекрытие нижнего отверстия емкости 1 от стакана 5.

В емкость наливают необходимый объем травителя, а в стакан 5 - нейтральную жидкость, стакан прикрепляют, например привинчивают, к нижнему 3 цилиндру емкости, обеспечивая тем самым надежное соединение, препятствующее вытеканию жидкостей на стыке двух поверхностей.

Подлежащие травлению кремниевые пластины 10 со сформированными порошками для растравливания помещают в пазы 9 кассеты 8, которую опускают в емкость 1 для травления и закрепляют на валу 7.

Посредством двигателя 16 кассете 8 сообщается качательное движение с частотой 20-25 кач/мин, одновременно с этим приводится в возвратно-поступательное движение толкатель, груз 20 предварительно снимается.

В процессе вытравливания кристаллов из пластины кристаллы по конусным поверхностям собираются в узкой зоне на границе контакта двух жидкостей и с помощью штока в случае, когда кристаллы не преодолевают границу раздела жидкостей, проталкиваются в стакан 5 с нейтральной жидкостью.

После вытравливания всех кристаллов из пластин останавливают движение кассет и штока. Шток освобождают от кулачка, опускают до упора вниз и вновь надевают груз, способствующий перекрытию нижнего отверстия емкости 1. Таким образом, емкость закрывается. Стакан 5 откручивают, извлекают из него кристаллы в нейтральной жидкости и передают их на последующую обработку.

Цикл травления повторяют с новой загрузкой полупроводниковых пластин и новой порцией нейтральной жидкости. Травитель используется многократно.

Устройство обеспечивает вытравливание кристаллов с различным удельным весом. Этому способствует коническая форма емкости с углом наклона 60±1^о стенок, что обеспечивает скопление кристаллов в узкой части цилиндров и периодическое их погружение в нейтральную жидкость с помощью штока.

Устройство обеспечивает высокопроизводительное автоматическое травление пластин кремния (15-20 тыс. кристаллов d ≈ 2,8-2 мм одновременно) с обеспечением повторяемости геометрических размеров (с точностью по 30 мкм по диаметру) и стабильными электрофизическими характеристиками, так как нет необходимости сливать обе жидкости для извлечения кристаллов из нейтральной жидкости, травильный раствор используется многократно. Объем нейтральной жидкости минимальный - 150-180 мкм. Эти факторы обеспечивают низкие затраты материалов.

Высокая точность обеспечения геометрических размеров кристаллов позволяет увеличить плотность упаковки кристаллов на пластине и съем годных изделий с одной пластины. Устройство просто в эксплуатации, надежно с точки зрения техники безопасности из-за контактирования в основном с нейтральной жидкостью.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН НА КРИСТАЛЛЫ, содержащее рабочую емкость, отличающееся тем, что рабочая емкость выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, торцы которых соединены конусом с углом наклона стенок не более 60^o относительно вертикальной оси, причем дно нижнего цилиндра выполнено в виде съемного стакана, емкость дополнительно снабжена штоком цилиндрической формы с заглушкой, смонтированным с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси цилиндров посредством циклически вращающегося вала и кулачкового механизма, и перфорированной кассетой, установленной в верхнем цилиндре с возможностью качания, при этом торец штока выполнен перфорированным, а его диаметр равен внутреннему диаметру съемного стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2