Способ изготовления полупроводниковых приборов

Изобретение относится к области производства полупроводниковых кремниевых приборов. Сущность изобретения: способ изготовления полупроводниковых приборов на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией {100} характеризуется созданием на одной из сторон кремниевой пластины областей с элементами топологии полупроводниковых приборов и разделением пластины на кристаллы. Дополнительно перед разделением пластины на кристаллы проводят ее утонение путем химического травления в селективном для кристаллографической ориентации {100} травителе, а в процессе изготовления перед травлением на обратной стороне пластины формируют защитную маску, обеспечивающую защиту периферийных областей пластины таким образом, что внутренняя конфигурация периферии площади маски совпадает с наружной конфигурацией периферии площади структур на лицевой стороне пластины. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных полупроводниковых приборов. 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства полупроводниковых кремниевых приборов, а именно к области производства дискретных приборов, а также интегральных микросхем, и может быть использовано при изготовлении указанных полупроводниковых приборов с разделением пластин на кристаллы.

Стандартная схема изготовления полупроводниковых приборов (см., например. Запорожский В.П. Обработка полупроводниковых материалов, М., «Высшая школа», 1988, стр.6-7) включает подготовку полупроводниковых подложек, изготовление комплекта фотошаблонов, формирование структуры полупроводникового прибора с элементами топологии, разделение полупроводниковой пластины на кристаллы, разводку внешних выводов, герметизацию и контроль полученных приборов, при этом количество получаемых годных приборов зависит от совершенства технологии, а также количества операций, совершаемых над каждым изготавливаемым кристаллом.

Известен (RU, авторское свидетельство 2102817, Н01L 21/76, 1998) способ изготовления полупроводниковых структур. Согласно известному способу проводят соединение исходной подложки через соединительный слой с опорной подложкой, удаление части исходной подложки, формирование в полупроводниковой структуре активных элементов, причем со стороны соединительного слоя на исходной подложке формируют низкоомный слой, в качестве опорной подложки используют высокоомный полупроводник либо полупроводник, легированный сурьмой, а в качестве исходной подложки используют монокристаллическую подложку с эпитаксиальным слоем либо с микрорельефом, покрытым диэлектриком, либо с микрорельефом, частично покрытым диэлектриком.

Недостатком известного способа следует признать наличие дополнительной операции - соединение с опорной подложкой, приводящей к уменьшению процента выхода годных кристаллов.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, состоит в разработке технологии производства полупроводниковых приборов на кремниевых пластинах с повышением процента выхода годных полупроводниковых приборов.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного способа, состоит в повышении процента выхода годных полупроводниковых приборов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ изготовления полупроводниковых приборов на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией {100}, включающий создание на одной из сторон кремниевой пластины областей с элементами топологии полупроводниковых приборов и разделением ее на кристаллы, причем дополнительно перед разделением пластины на кристаллы проводят ее утонение путем химического травления в селективном для кремния с кристаллографической ориентацией {100} травителе, причем в процессе изготовления перед травлением на обратной стороне пластины формируют защитную маску, обеспечивающую защиту периферийной области пластины таким образом, что внутренняя конфигурация периферии площади маски на обратной стороне пластины совпадает с внешней конфигурацией периферии площади поля структур на лицевой стороне пластины. Это позволяет повысить механическую прочность пластин и уменьшить процент брака за счет растрескивания тонких пластин. Кроме того, в предпочтительном варианте реализации перед утонением полупроводниковые пластины склеивают попарно сторонами, содержащими элементы топологии полупроводниковых приборов, с последующим перед разделением разъединением пластин. Это позволяет уменьшить примерно в два раза время на проведение утонения пластин перед разделением пластины на кристаллы, поскольку время, затраченное на утонение полупроводниковых пластин, значительно превышает время, затраченное на склеивание и последующее разъединение полупроводниковых пластин.

Утонение пластин с созданием консолей (ребер жесткости) на обратной стороне пластины позволяет на промежуточной стадии изготовления полупроводниковых приборов проводить на обратной стороне пластины в области утонения дополнительные технологические операции, например создание п⁺ или p⁺ слоев посредством ионной имплантации с последующим отжигом.

В дальнейшем изобретение будет рассмотрено с использованием примеров реализации при изготовлении транзисторов.

1. Топологические элементы транзисторов изготовляли на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией {100}. Затем пластины с изготовленными элементами топологии разделили на две группы. Для пластин первой группы утонение проводили путем наклейки пластин (со стороны структур транзисторов) на держатель с последующей механической шлифовкой и полировкой обратной стороны пластины алмазной пастой и химико-механическим травлением до толщины порядка 170 мкм. На промежуточной стадии технологического процесса проводили в обратную сторону пластины ионную имплантацию фосфора с отжигом при температуре 600°С. Для пластин второй группы травление до той же толщины осуществляли в водном растворе КОН с изопропиловым спиртом с проведением той же операции ионной имплантации с отжигом. При этом часть пластины на обратной стороне защищали маской на основе нитрида кремния, оставляя на периферии свободную область, причем внутренняя конфигурация периферийной части площади маски на обратной стороне пластины совпадала с наружной конфигурацией периферии площади поля кристаллов, содержащих структуры транзисторов на лицевой стороне пластины. Затем все пластины разделяли на кристаллы, которые присоединяли к кристаллодержателю с использованием эвтетики «золото-кремний» с последующим присоединением базового и эмиттерного выводов структуры транзистора к контактам кристаллодержателя.

После проведения отбраковочных измерений определили процент выхода годных транзисторов: по известной технологии с механическим утонением - 57%, по предлагаемому способу - 83%.

2. Топологические элементы транзисторов на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией {100} изготавливали согласно планарной технологии. При этом пластины были разделены на четыре группы, причем первую группу пластин обрабатывали по стандартной технологии; вторую группу пластин обрабатывали путем создания на одной из сторон кремниевых пластин с кристаллографической ориентацией {100} областей с элементами топологии полупроводниковых приборов и разделением ее на кристаллы, причем дополнительно перед разделением пластины на кристаллы проводили ее утонение путем химического травления в травителе на основе водного раствора КОН с изопропиловым спиртом. Третью группу пластин обрабатывали аналогично пластинам второй группы, но перед травлением на обратной стороне пластины формировали при помощи пленки нитрида кремния защитную маску, обеспечивающую создание консолей (ребер жесткости) на периферии пластин. Четвертую группу пластин формировали аналогично третьей группе, но утонение проводили после попарного склеивания пластин лицевыми сторонами друг к другу. Склеивание проводили клеем на основе парафина. Пластины с готовыми структурами транзисторов утоняли до толщины примерно 180 мкм. Пластины четвертой группы перед операцией разделения пластины на кристаллы расклеивали путем нагревания до температуры, обеспечивающей сублимацию клея на основе парафина. При этом для четвертой группы суммарное время утонения партии пластин уменьшалось на 95% по сравнению с пластинами третьей группы. Затем пластины всех четырех групп разделяли на кристаллы, которые присоединяли к кристаллодержателю с использованием эвтетики «золото-кремний» с последующим присоединением базового и эмиттерного выводов структуры транзистора к контактам кристаллодержателя и определяли для каждого кристалла пробивное напряжение (Uкб) и обратный ток «коллектор-база» (Iкб). Результаты измерений приведены в таблице.

Таблица
Номер группы	Процент выхода годных
По Uкб	По Iкб
№1	56	58
№2	72	83
№3	87	88
№4	86	88

Повышение процента выхода годных обусловлено снижением числа трещин, возникающих при утонении, и уменьшением их размеров. Кристаллы, получаемые по предлагаемому способу, имеют более высокую механическую прочность, что приводит к увеличению процента выхода годных пластин без ухудшения электрофизических параметров. Кроме того, совпадение внутренней конфигурации периферии площади маски, формирующей консоли (ребра жесткости) на обратной стороне пластины, с внешней конфигурацией периферии площади поля кристаллов на лицевой стороне пластины не приводит к браку на операции резки пластин на кристаллы, так как линии реза на утоненной части пластины не затрагивают площадь кристаллов, что особенно существенно при изготовлении мощных полупроводниковых приборов, для которых площадь кристалла велика.

Способ изготовления полупроводниковых приборов на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией {100}, характеризуемый созданием на одной из сторон кремниевой пластины областей с элементами топологии полупроводниковых приборов и разделением пластины на кристаллы, причем дополнительно перед разделением пластины на кристаллы проводят ее утонение путем химического травления в селективном для кристаллографической ориентации {100} травителе, а в процессе изготовления перед травлением на обратной стороне пластины формируют защитную маску, обеспечивающую защиту периферийных областей пластины таким образом, что внутренняя конфигурация периферии площади маски совпадает с наружной конфигурацией периферии площади структур на лицевой стороне пластины.