СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ Российский патент 1994 года по МПК H01L21/78 

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых приборов, в частности, к разделению полупроводниковых (п/п) пластин на отдельные кристаллы.

Известен способ разделения пластин, включающий нанесение на поверхность п/п пластины металла омического контакта, например ванадия. На поверхность ванадия наносят слой золота, пластину разделяют механическим путем на кристаллы с последующей промывкой в химическом травителе с целью удаления разрушенного слоя боковой поверхности кристалла. Получают с хорошим выходом кристаллы высоковольтной группы [1] .

Недостатком данного способа является использование драгоценного металла-золота.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ разделения п/п пластин, при котором на кремниевую пластину со сформированным p-n-переходом наносят слой металла омического контакта и сверху - защитный слой свинца, осуществляют механическое разделение платин на кристаллы, их промывку в травителе боковой поверхности и снятие защитного слоя свинца химическим путем [2] .

Недостатком данного способа разделения пластин является то, что удается получать в основном кристаллы низковольтных групп [2] .

Целью изобретения является получение п/п кристаллов, применяемых в производстве высоковольтных п/п приборов без использования драгоценных металлов.

Это достигается тем, что на поверхность п/п пластин наносят любым способом слой неблагородного металла VI-VIII групп или их сплавы, на который наносят также любым способом второй слой защитного металла, стойкого к травителю кремниевый пластин, например, свинец или золото. Пластину разделяют на отдельные кристаллы механическим путем, промывают в химическом травителе боковой поверхности, защищают их боковую поверхность кремнийорганическим компаундом и после отверждения последнего производят снятие верхнего защитного слоя металла химическим путем. В случае использования свинца в качестве верхнего защитного слоя снятие его производят в перекисном растворе уксусной кислоты, в случае использования золота снятие осуществляют в царской водке. В этом случае раствор, содержащий золото, передают на регенерацию (выделение) золота.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом бесфлюсовой пайки допускается дополнительное нанесение металла нижнего слоя на планарные поверхности кристаллов после снятия верхнего слоя.

Все технологические операции легко поддаются механизации и автоматизации, используются в технологии изготовления п/п приборов и не нуждаются в сложном специальном оборудовании. Однако, указанная последовательность технологических операций с использованием данных металлов, полимерных материалов и травителей позволяет получать высоковольтные приборы, не уступающие по своим электротехническим параметрам п/п приборам, содержащим в своем составе драгоценные металлы, например, золото.

П р и м е р 1. На кремниевую пластину с p-n-переходом, нагретую до 300^оС в вакууме 1˙10^-8 торр, на обе стороны напыляют слой ванадия толщиной 0,5 мкм. На поверхность ванадия гальваническим путем наносят слой золота толщиной 1 мкм. Пластину разделяют алмазной пилой на отдельные кристаллы, кристаллы промывают в травителе HF : HNO³ = 1 : 4 в течение 45 с, а затем в 2-х ваннах с холодной и одной ванне горячей деионизированной воды, сушат и передают на сборку п/п приборов.

П р и м е р 2. На кремниевую пластину диаметром 40 мм с p-n-переходом и слоем химического никеля наносят гальваническим путем защитный слой свинца 4 мкм. Пластину разделяют алмазными пилами на отдельные кристаллы и промывают в травителе боковой поверхности HF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с. После промывки кристаллов в деионизованной воде промывают в растворе Н₂O₂ : CH₃COOH : H₂O = 2 : 1 : 1 до удаления свинца. Промытые в воде и высушенные кристаллы передают на сборку п/п приборов.

П р и м е р 3. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 40 мм с p-n-переходом наносят слой химического никеля толщиной 0,5 мкм. Состав ванны никелирования, г/л: никель сернокислый 18; натрий уксуснокислый 18; уксусная кислота 18; гипофосфит натрия 10 г/л. Условия никелирования: температура 75±2^оС, продолжительность 4,5 мин. После нанесения первого слоя никеля пластины промывают в 2-х ваннах холодной и одной ванне горячей деионизованной воды и сушат. Осуществляют вжигание первого слоя никеля в среде водорода или азота при 690^оС в течение 10 мин. После вжигания наносят второй слой никеля в тех же условиях. При времени никелирования 20 мин получают второй слой никеля толщиной 2,0 мкм. Промывка та же, что и в первом никелировании.

На сплошной слой никеля на обе стороны пластины наносят слой гальванического свинца. Состав ванны свинцевания, мл/л: свинец борфтористоводородный 220; кислота борфтористоводородная 50; клей мездровый 0,5. Режим свинцевания: температура 18-55^оС, плотность тока 2 А/дм², напряжение 3 В, отношение поверхности анодной к катодной 2: 1. При выдержке 3 мин получают толщину свинцового покрытия 4 мкм. Пластины промывают так же, как и после никелирования и сушат. Пластину с двухслойным металлическим покрытием разделяют алмазной пилой на отдельные кристаллы, обрабатывают в травителе HF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с и промывают в холодной и горячей деионизованной воде.

На всех стадиях промывки в деионизованной воде качество промывки контролировали омностью воды на протоке, которая должна составлять величину не менее 1˙10¹⁰ мОм.

После промывки и сушки разделенные кристаллы наклеивают планарными поверхностями на клеящую поливинилхлоридную электроизоляционную ленту так, чтобы кристаллы не касались друг друга боковыми поверхностями. Сверху кристаллов наклеивают вторую клеящую ПВХ пленку так, чтобы два противоположных края пленки соединились друг с другом, а между другими противоположными краями остался зазор. В зазор между пленками заливают жидкий кремнийорганический компаунд 159-167 (СИЭЛ), отверждаемый по реакции гидридного полиприсоединения в присутствии катализатора Н₂РtCl₆отверждают при 100-110^оС в течение 12 ч. После полимеризации замачиванием в ацетоне отделяют ПВХ пленки. Полученную пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами промывают в ацетоне и дополнительно отверждают при 160-170^оС в течение 12 ч. Без разделения на отдельные кристаллы производят снятие защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂ : СН₃СООН : Н₂О = 2 : 1 : 1, в течение 20-30 с промывку в деионизованной воде и сушку. Механическим путем разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы, боковая поверхность которых защищена СИЭЛом и передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 4. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с p-n-p-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны и условия нанесения те же, что и в примере 2. При времени никелирования 4,4 мин получают слой никеля толщиной 0,5 мин. После никелирования и промывки на слой никеля наносят слой гальванического свинца. Состав ванны и условия те же, что и в примере 3. При плотности тока 3 А/дм², напряжении 5 В и продолжительности свинцевания 12 мин получают свинцовое покрытие толщиной 30 мкм.

После промывки в деионизованной воде пластину разделяют алмазной пилой на кристаллы и промывают в травителе НF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с. Кристаллы промывают в деионизованной воде, сушат, наклеивают на клеящую ПВХ пленку. Защиту боковой поверхности кристаллов СИЭЛом, его отверждение и снятие свинца осуществляют так же, как в примере 3. Время снятия 2-3 мин.

Для улучшения адгезии выводов к планарным поверхностям кристаллов при сборке приборов допускается дополнительное нанесение слоя химического никеля. На выход высоковольтных групп приборов дополнительное покрытие металлом первого слоя не влияет. Для этого пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами помещают на 3-5 мин в ванну химического никелирования, промывают в горячей и холодной деионизованной воде и сушат. Состав ванны и условия никелирования те же, что и в примере 3.

Разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы и передают на сборку.

П р и м е р 5. На обе поверхности кремниевой пластины диаметром 40 мм с p-n-переходом методом химического осаждения наносят слой вольфрама толщиной 0,2 мкм. Режим осаждения: температура кремниевой подложки 460^оС, температура лодочки с гексахлоридом вольфрама 100^оС, температура угольного нагревателя 700^оС, скорость подачи водорода 2 л/мин, расстояние от угольного нагревателя до пластины 1 см. На сплошной слой вольфрама на обе стороны пластины наносят золотое гальваническое покрытие. Состав ванны золочения, л: кислота ортофосфорная 0,96; 25% -ный раствор аммиака - 8,0; 10% -ный раствор лимонной кислоты 16; 0,02% -ный раствор сернокислого таллия 0,14; дициано-1-аурат калия - 0,945-1,555 кг. Объем дистиллированной воды в ванне 70 л. рН, 6,0-6,5 поддерживается и корректируется добавлением раствора аммиака или ортофосфорной кислоты. Условия золочения: температура 50±5^oС, плотность тока 0,4 А/дм², напряжение 3 В. При времени золочения 5 мин получают золотое покрытие толщиной 1 мкм. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности кристаллов СИЭЛом так же, как в примере 3.

Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллами помещают в царскую водку на 1-2 мин для снятия золота, промывают деионизованной водой и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 6. Нанесение никелевого покрытия и промывка как в примере 2. Толщина слоя никеля 2,5 мкм. На никелевое покрытие наносят слой гальванического золота толщиной 0,5 мкм. Состав ванны и режим золочения как в примере 5. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности СИЭЛом так же, как в примере 3. Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллом помещают в царскую водку на 40-60 с для снятия золота, промывают в деионизованной воде и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию. Раствор снятого с кристаллов золота в царской водке поступает на регенерацию.

В качестве защитного полимерного материала был использован кремнийорганический продукт "СИЭЛ" 159-167. Этот компаунд состоит из олигогидридсилоксома Г-5 общей формулы:
(CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃ где Х = 10-12 и винилсодержащих каучуков формулы
C₂H₅O где n = 3, m = 800-1200 или α, ω-бис(тривинилсилокси)полидиметилсилоксан
(CH₂= CH)₃SiOSi(CH= CH₂)₃
m= 800-1200
В качестве катализатора отверждения может быть использован раствор 1% -ной платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте (катализатор Спайера) или любой платиносодержащий катализатор, используемый для реакций гидридного отверждения.

Могут быть использованы для защиты боковой поверхности любые кремнийорганические материалы, позволяющие получать прочные, эластичные пленки. Такими продуктами могут быть низкомолекулярные каучуки или растворы каучуков перекисного или иного типа отверждения, мономерные или олигомерные композиции, отверждаемые как на холоду, так и при нагревании.

Кремниевые п/п пластины, полученные по предлагаемому способу (примеры 3-6), аналогу (пример 1) и прототипу (пример 2) были использованы при сборке диодов в пластмассовых корпусах. Сборку и герметизацию приборов проводили по единой технологии с использованием одних и тех же материалов.

Результаты классификации готовых приборов приведены в таблице.

Как следует из данных таблицы, предлагаемый способ разделения п/п пластин на кристаллы позволяет получать с большим выходом п/п диоды высоковольтных групп, не содержащих драгоценные металлы. При этом получаемые приборы не уступают по своим электрофизическим параметрам приборам, получаемым с использованием кристаллов, содержащих золото.

Сущность изобретения: на полупроводниковую пластину со сформированными структурами полупроводниковых приборов наносят слой металла омического контакта, а сверху слой металлического защитного покрытия. Механически разделяют полупроводниковую пластину на кристаллы. Защищают образовавшиеся боковые поверхности полимерным компаундом, химически удаляют металл защитного покрытия. В качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы IY - YIII групп и их сплавы. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, включающий нанесение на полупроводниковую пластину со сформированными структурами приборов слоя металла омического контакта и слоя металла защитного покрытия, механическое разделение полупроводниковой пластины, обработку в травителе образовавшихся боковых поверхностей с последующим химическим удалением слоя металла защитного покрытия, отличающийся тем, что дополнительно перед химическим удалением слоя металла защитного покрытия проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом, а в качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы IV - VIII групп или их сплавы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой металла омического контакта наносят толщиной 0,2 - 2,5 мкм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой металла защитного покрытия наносят толщиной 0,5 - 30,0 мкм.