СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/78 

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых приборов, в частности, к изготовлению полупроводниковых (п/п) кристаллов.

Известен способ изготовления п/п кристаллов, включающий нанесение на поверхность п/п пластины металла омического контакта, например ванадия. На поверхность ванадия наносят слой золота, пластину разделяют на кристаллы механическим путем 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 своей технической сущности является способ изготовления п/п кристаллов, при котором на кремниевую пластину со сформированным р-n-переходом наносят слой металла омического контакта и сверху защитный слой свинца, осуществляют механическое разделение пластин 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.

Сущностью 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 кремниевых пластин, например свинец. Пластину разделяют на отдельные кристаллы механическим путем, промывают в химическом травителе боковой поверхности, защищают их боковую поверхность кремнийорганическим компаундом и после отверждения последнего производят химическую обработку верхнего слоя металла до частичного или полного его снятия. В случае использования свинца в качестве верхнего защитного слоя химическую обработку производят в перекисном растворе уксусной кислоты или во флюсе.

Защиту боковой поверхности кристаллов кремнийорганическим компаундом можно проводить любым способом, не допуская попадания компаунда на планарные поверхности кристаллов. Такая полимерная защита позволяет осуществлять различные технологические операции с защищенными кристаллами без загрязнения р-n-перехода, так например, обработку химическими травителями и флюсами, нанесение гальванических покрытий, напыление металлов, горячее лужение на планарные поверхности кристаллов и т.п.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом бесфлюсовой пайки допускается дополнительное нанесение как металла нижнего слоя на планарные поверхности кристаллов после снятия верхнего слоя, так и дополнительное нанесение слоя металлов I-V групп или их сплавов любым способом. Такое нанесение можно проводить как после удаления металла верхнего слоя, т.е. на металл нижнего слоя, так и после частичного удаления металла верхнего слоя или его окислов.

Все технологические операции легко поддаются механизации и автоматизации, широко 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 (прототип). На кремниевую пластину диаметром 40 мм с р-n-переходом и слоем химического никеля наносят гальваническим путем защитный слой свинца толщиной 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 их промывают в растворе Н₂О₂: СН₃СООН: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 2. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 40 мм с р-n-переходом наносят слой химического никеля толщиной 0,5 мкм. Состав ванны никелирования следующий, г/л: никель сернокислый 18; натрий уксуснокислый 18; уксусная кислота 18; гипофосфит натрия 10. Условия никелирования: температура 75±2^оС, продолжительность 4,5 мин. После нанесения первого слоя никеля пластины промывают в двух 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 слой никеля в тех же условиях. При времени никелирования 20 мин получают второй слой никеля толщиной 2,0 мкм. Промывка та же, что и при первом никелировании.

На сплошной слой никеля на обе стороны пластины наносят слой гальванического свинца. Состав ванны свинцевания: свинец борфтористоводородный 220 мл/л, кислота борфтористоводородная 50 мл/л, клей мездровый 0,5 г/л. 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 м Ом.

После промывки и сушки разделенные кристаллы наклеивают планарными поверхностями на клеящую поливинилхлоридную электроизоляционную ленту ГОСТ 16214-70 так, чтобы кристаллы не касались друг друга своими 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 Н₂PtCl₆ и отверждают при 100-110^оС в течение 12 ч. После полимеризации замачиванием в ацетоне отделяют пленку ПВХ. 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 химическую обработку защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂:CH₃COOH:H₂O=2:1:1 в течение 20-30 с до полного его удаления, 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 3. Все так же, как в примере 2, но химическую обработку защитного слоя свинца проводят в том же растворе в течение 1-2 с, промывают в деионизованной воде, обрабатывают флюсом, окуная пленку с кристаллами в 10% -ный спиртовой раствор канифоли, облуживают окунанием в расплав припоя ПОС-61 (61% олова, остальное свинец) и промывают в деионизованной воде. Механическим путем разделяют пленку СИЭЛа с облуженными кристаллами на отдельные кристаллы, боковая поверхность которых защищена слоем отвержденного СИЭЛа, и передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 4. Все так же, как в примере 3, но химическую обработку защитного слоя свинца осуществляют во флюсе состава: 3-4%-ный водный раствор хлористого цинка в течение 1-3 с. После флюса кристаллы в полимерной пленке облуживают в расплавленном припое ПСрОС-3-58 (58,8-66,8% олово, не более 0,8% сурьмы, 2,6-3,4% серебра и остальное свинец) и промывают в деионизованной воде. После разделения кристаллы передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 5. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с р-n-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны и условия те же, что и в примере 3. При времени никелирования 4,5 мин получают слой никеля толщиной 0,5 мкм. После никелирования и промывки на слой никеля наносят слой гальванического свинца. Состав ванны и условия свинцевания 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. 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 6. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 40 мм с р-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 слой гальванического свинца толщиной 10 мкм. Состав ванны и условия свинцевания те же, что и в примере 3. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности кристаллов СИЭЛом так же, как в примере 2.

Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллами помещают во флюс, состоящий из 15% -ного раствора HCl в глицерине и затем облуживают в расплавленном олове, промывают в деионизованной воде и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию.

В качестве защитного полимерного материала был использован кремнийорганический продукт "СИЭЛ" 159-167, получивший широкое распространение в электронной промышленности. Этот компаунд состоит из олигогидридсилоксана Г-5 общей формулы
(CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃ где x 10-12 и винилсодержащих каучуков формулы
C₂H₅O^где 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 другой 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.

Как уже было сказано ранее, дополнительное нанесение металлических покрытий на планарные поверхности защищенных СИЭЛом кристаллов производится исключительно с целью облегчения пайки кристаллов при их сборке и не влияет на выход высоковольтных групп, так как р-n-переход кристаллов уже надежно защищен СИЭЛом, который стоек к агрессивным средам и высоким температурам.

Кремниевые п/п кристаллы, полученные по предлагаемому способу и прототипу, были использованы при сборке диодов КД-226 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 изготовления п/п кристаллов позволяет получать с большим выходом п/п диоды высоковольтных групп, не содержащих драгоценные металлы в своем составе. При этом получаемые приборы нисколько не уступают по своим электрофизическим параметрам приборам, по- лучаемым с использованием кристаллов, содержащих золото.

Использование: в микроэлектронике при изготовлении полупроводниковых кристаллов. Сущность изобретения: на поверхность полупроводниковых пластин наносят слой неблагородного металла VI - VIII группы или их оплавы толщиной 0,2 - 2,5 мкм, поверх его наносят слой защитного металла толщиной 0,5 - 30,0 мкм и после механического разделения пластины на кристаллы и промывки в травителе проводят защиту боковой поверхности кристаллов компаундом и химическую обработку металла верхнего слоя. 7 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 последующей химической обработкой слоя металла защитного покрытия, отличающийся тем, что дополнительно перед химической обработкой слоя металла защитного покрытия проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом, а в качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы Vi VIII групп или их сплавы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическую обработку проводят до полного удаления металла защитного покрытия. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическую обработку проводят с частичным удалением металла защитного покрытия. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после химической обработки наносят дополнительные слои металлов или их сплавов. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве металла дополнительных слоев используют металлы подгруппы олова. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве металла дополнительных слоев используют металлы подгруппы никеля. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой металла омического контакта наносят толщиной 0,2 2,5 мкм. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой металла защитного покрытия наносят толщиной 0,5 30,0 мкм.