СПОСОБ ЭРОЗИОННОГО КОПИРОВАНИЯ КАРБИДОКРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР Российский патент 2002 года по МПК H01L21/461 

Изобретение относится к технологии электронного приборостроения, а именно к способам размерного профилирования кристаллов карбида кремния, и может быть использовано для получения структур (деталей) различной конфигурации.

Известен механический способ копирования деталей из полупроводникового карбида кремния, основанный на формировании в исходном кристалле системы сквозных резов по жесткому алгоритму с помощью алмазосодержащих дисков (см. Окунев А. О. Рентгенотопографический анализ дефектов структуры монокристаллического карбида кремния - Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физ. - матем. наук, НовГУ им. Ярослава Мудрого, Новгород, 1999, с. 16-17).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получать резы криволинейной формы и шириной менее 150 мкм. Кроме того, из-за быстрого старения (износа) диска невозможно воспроизводимо получать необходимую точность размеров деталей.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности и универсальности способа.

Для решения данной задачи предложен способ эрозионного копирования карбидокремниевых структур, заключающийся в том, что в известном способе резки полупроводниковых материалов, включающем создание на одной из сторон подложки электропроводящего слоя с проводимостью не менее 7•10^-3 Ом^-1•см^-1 и последующее инициирование электроискрового разряда в водной среде между полупроводниковой подложкой и металлическим электродом, используют несколько подложек карбида кремния, на всех поверхностях которых создают электропроводящий слой, а перед инициированием электрического разряда подложки собирают в виде пакета и закрепляют в электрод-держатель.

На чертеже представлен один из возможных вариантов реализации способа.

На изображении и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - пакет пластинчатых кристаллов SiС;
2 - электропроводящий слой;
3 - профилирующий электрод;
4 - электрод-держатель;
5 - элемент крепежа.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно на всех поверхностях каждого из трех кристаллов карбида кремния 1 создают электропроводящий слой 2 с проводимостью не менее 7•10^-3 Ом^-1•см^-1 в виде материала, способного образовывать твердые растворы с кремнием. Из кристаллов формируют пакет, который крепится с помощью элемента 5 к электроду-держателю 4.

В промежутке между профилирующим электродом 3 и пакетом кристаллов, заполненным водой, инициируется электрический разряд, вызывающий эрозию SiС, которая может сопровождаться образованием жидкой фазы на основе кремния в соответствии с уравнениями
2SiС_(тв)-->Si_(ж)+SiС_2(г)
SiС_(тв)-->Si_(ж)+С_(тв)
(Самсонов Г. В., Виницкий Н.М. Тугоплавкие соединения, М.: Металлургия, 1976, с. 168) на поверхности кристалла в области эрозионного фронта. При этом расплав взаимодействует с материалом электропроводящего слоя и вызывает сваривание (соединение) копируемых деталей по границе контакта кристаллов, входящих в пакет.

Для того чтобы повысить прочность соединяемых структур в процессе копирования, собранный пакет из подложек SiС с электропроводящим слоем может быть предварительно подвергнут операции термокомпрессии (Курносов А.Н., Юдин В.В., Технология производства полупроводниковых приборов, М.:, Высшая школа, 1974, с. 285-290). В результате подложки оказываются приварены друг к другу по всей площади электропроводящего слоя. Это способствует также возможному увеличению числа подложек в пакете за счет снижения омического сопротивления на границах.

Для сокращения времени копирования структур, форма и размеры которых уже определены морфологией подложки, в данном способе может быть инициирован электрический разряд в режиме ударного разрушения. В результате образуется ударная звуковая волна, которая взаимодействует с пакетом подложек и вызывает скалывание структур согласно существующей морфологии подложки (Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект, М.-Л.: Машиностроение, 1955, 50 с.).

Пример 1.

Эрозионное копирование деталей в виде пластинок квадратной формы 1 х 1 х 0,45 мм проводилось на промышленной установке ЭВ00.000 с генератором ГКИ-250. В качестве профилирующего электрода использовалась латунная проволока ДКРПМКТЛ 63 ГОСТ 1066-80 диаметром (d) 100 мкм. Электротехнологические режимы: частота следования импульсов (f) 18 кГц; напряжение холостого хода (U_xx) 0,5 кВ; значение рабочего тока (I_р) 200 мА; рабочее напряжение (U_p) 6 В.

В качестве межэлектродной среды использовалась водопроводная вода.

Пакет собирался из трех монокристаллов карбида кремния следующих политипов: 6Н, 4Н, 15R. Концентрация некомпенсированных доноров составляла Nd-Na≈5•10¹⁷см^-3. Толщина кристаллов (h) 450 мкм, диаметр (d) 10 мм.

Электропроводящий слой формировался на основе никеля с помощью вакуумного термического напыления. В результате были получены структуры гетерополитиповой композиции (6Н) SiC-(4Н)SiC-(15R)SiC, прочно соединенные по области реза. Взаимодействие расплава на основе кремния в процессе копирования частично травило SiC, что способствовало повышению качества поверхности, подвергшейся эрозионному воздействию.

Пример 2.

Эрозионное копирование деталей в виде пластинок квадратной формы 0,5х0,5х0,45 мм проводилось на промышленной установке типа А 203.23 с RC-генератором. Профилирующим электродом была латунная проволока диаметром (d) 100 мкм. Был реализован режим одиночных разрядов. Электротехнологические характеристики процесса: емкость разрядной цепи С=2,2 мкФ, напряжение холостого хода U_xx 250 В. Пакет собирался из четырех подложек (монокристаллов SiC политипа 6Н), морфология поверхности базовых граней которых была образована взаимно пересекающимися канавками с шагом t_x=t_y=0,5 мм, глубиной (h) 0,3-0,35 мм. В качестве электропроводящего слоя использовался алюминий, нанесенный термовакуумным напылением. В результате эксперимента были получены структуры заданных геометрических размеров и формы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет
- одновременно копировать большое число структур SiC, отличающихся по политипному составу, морфологии или электрофизическим характеристикам;
- осуществлять процесс сборки (закрепления) структур (деталей) в процессе копирования;
- повысить качество поверхности кристалла SiC в области реза.

Использование: в технологии электронного приборостроения, а именно в способах размерного профилирования кристаллов карбида кремния для получения структур различной конфигурации. Сущность изобретения: способ эрозионного копирования карбидокремниевых структур, включающий создание на одной из сторон подложки электропроводящего слоя с проводимостью не менее 7•10^-1 Ом^-1•см^-1 и последующее инициирование электроискрового разряда в водной среде между полупроводниковой подложкой и металлическим электродом. Используют несколько подложек карбида кремния, на всех поверхностях которых создают электропроводящий слой, а перед инициированием электрического разряда подложки собирают в виде пакета и закрепляют в электрод-держатель. Техническим результатом изобретения является повышение производительности и универсальности способа. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ эрозионного копирования карбидокремниевых структур, включающий создание электропроводящего слоя с проводимостью не менее 7•10^-3 Ом^-1•см^-1 и последующим инициированием электроискрового разряда в водной среде между полупроводниковой подложкой и металлическим электродом, отличающийся тем, что используют несколько полупроводниковых подложек, на всех поверхностях которых создают электропроводящий слой, собирают подложки в виде пакета, а электрический разряд инициируют в режиме образования расплава. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед инициированием разряда собранный пакет подложек подвергают термокомпрессии. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический разряд инициируют в режиме ударного разрушения.