СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР Российский патент 2005 года по МПК H01L21/304 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых структур, имеющих толщину подложек на уровне 6-50 мкм.

Известен способ изготовления полупроводниковых структур, включающий формирование на полупроводниковой пластине группы структур с реперными знаками для разделения (Патент РФ №1738035, 21.01.93). После изготовления структур проводят их утонение путем механической обработки нерабочей стороны. Для этого пластину со структурами наклеивают на носитель в виде кольца, закрепляемого на рабочей стороне, а затем шлифуют и полируют пластины до фиксированной толщины. После утонения проводят резку по реперным знакам на отдельные структуры.

В процессе производства, например, полупроводниковых структур для СВЧ техники используется групповая технология. Имеющиеся возможности производства таких структур позволяют получать структуры толщиной до 50 мкм с разбросом толщины по пластине до 25-30 мкм. Структуры, полученные на одной пластине, после их разделения из-за различной толщины не могут иметь стабильных электрических параметров, что влияет на выход годных структур в массовом производстве. Получение структур толщиной 6-10 мкм указанным способом весьма проблематично. Так как погрешности групповой механической обработки пластин Si диаметром 100 мм составляют 10-30 мкм, поэтому чаще всего происходит поломка тонких пластин, выкрашивание материала (Патент РФ №1792557, 28.12.1989).

Целью изобретения является повышение качества и точности обработки структур за счет сочетания групповой и индивидуальной технологии и возможности индивидуальной механической обработки полупроводниковых структур при утонении нерабочей стороны до заданной фиксированной толщины (6-10 мкм).

Поставленная цель изобретения достигается тем, что в способе изготовления полупроводниковых структур, включающем формирование на полупроводниковой пластине по крайней мере двух структур с реперными знаками для разделения, фиксацию на носителе, утонение нерабочей стороны структур путем механической обработки, резку на отдельные структуры по реперным знакам, в качестве носителя используют кольцо с внутренним диаметром D_BH=(1,05...1,50)(a²+b²)^1/2, где а и b - соответственно габариты структуры, м, проводят резку полупроводниковой пластины по реперным знакам на отдельные структуры, каждую структуру калибруют до диаметра, равного внешнему диаметру кольцевого носителя D_внеш≤S_р, где S_р - расстояние между реперными знаками, м, фиксируют на носителе и проводят утонение нерабочей стороны структур.

В предложенном способе впервые сочетается групповой метод изготовления полупроводниковых структур на пластине с индивидуальными приемами обработки каждой структуры после разделения пластины на отдельные структуры по реперным знакам. Каждую структуру фиксируют на кольцевом носителе, размеры которого выбирают по габаритам структуры и расстоянию между реперными знаками. Принципиально изменена последовательность выполнения технологических операций.

Нижний предел внутреннего диаметра кольцевого носителя определяется возможностью фиксации носителя без загрязнения клеем структуры. Верхний допуск D_вн ограничивается нецелесообразностью чрезмерного увеличения размеров кольцевого носителя, что приводит к уменьшению количества структур на полупроводниковой пластине. Увеличение размеров кольцевого носителя приводит также к снижению точности обработки по толщине (увеличивается отклонение от параллельности сторон при шлифовании и полировании).

Важен выбор расстояния между реперными знаками, используемыми для разделения пластины на отдельные структуры. Расстояние S_р должно быть больше или равно внешнему диаметру кольцевого носителя, только в этом случае возможно реализовать новый способ изготовления полупроводниковых структур. Следует отметить, что плотность расположения структур на пластине снижается за счет увеличения расстояния между структурами. Однако, в целом, положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в получении супертонких с более высоким выходом годных структур.

На фиг.1-5 показана последовательность приемов изготовления супертонкой полупроводниковой структуры, что графически поясняет предложенный способ.

Пример реализации способа

Для изготовления структуры ПЗС размерами a×b=10×10 мм (топография структуры не приводится) толщиной 6 мкм используют пластины кремния диаметром 100 мм, толщиной 450 мкм. По групповой технологии на пластине формируют девять структур 1, причем структуры располагают таким образом, чтобы реперные знаки, используемые для разделения, находились на расстоянии S_р=24 мм друг от друга (фиг.1). После формирования структур осуществляют резку по реперным знакам на отдельные структуры, получая квадратные заготовки размером 24×24 мм. По центру каждой заготовки расположена сама структура 1 с габаритными размерами 10×10 мм (фиг.2).

Для дальнейшей работы изготавливают носители в виде кремниевых колец толщиной 400 мкм. Внутренний диаметр кольца выбираем из расчета

D_вн=1,13(а²+b²)^1/2=16 мм.

Внешний диаметр кольцевого носителя исходя из размеров заготовок принимаем равным D_внеш<S_р=22 мм.

Заготовки со структурами склеивают в пакет и калибруют на круглошлифовальном станке до диаметра 22 мм, добиваясь того же допуска по диаметру, что и диаметр кольцевого носителя.

На рабочую сторону каждой структуры 1 наклеивают кольцевой носитель 2 с помощью высокотемпературного клея 3 (фиг.3). Внутри носителя 2 вклеивают вкладыш 4 из кремния диаметром 15 мм толщиной 400-420 мкм, используя клей 5, которым наклеивают пластины при механической обработке (фиг.4). При этом добиваются таких условий наклейки вкладыша 4, чтобы не повредить поверхность структуры 1. Затем односторонним шлифованием выравнивают кольцевой носитель 2 и вкладыш 4 по толщине.

В дальнейшем поверхность кольцевого носителя 2 и вкладыша 4 из кремния является базой, относительно которой проводят утонение структуры 1.

Присоединение структуры к носителю возможно не только за счет использования высокотемпературного клея, но и другими методами соединения, например термокомпрессионной сваркой или пайкой в зависимости от того, какую температуру нагрева допускает обрабатываемая полупроводниковая структура.

Несколько структур 1 на кольцевых носителях 2 с вкладышами 4 наклеивают, используя клей 5, на планшайбу 6 (фиг.3). Путем шлифования и полирования нерабочей стороны структуры 1 или нескольких структур проводят утонение до толщины 30 мкм (исходная толщина структуры 450 мкм). Окончательную обработку структур до толщины 6 мкм осуществляют последовательно алмазным полированием АСМ 3/2 и полирующим травлением, чем обеспечиваются минимальные нарушения и уменьшается вероятность поломки супертонкой структуры.

После утонения структуры нагревают до температуры плавления клея 5 - (60°С), извлекают вкладыши 4 и отмывают от остатков клея. Каждую структуру толщиной 6 мкм, закрепленную на кольцевом носителе, передают на сборку. Из девяти структур, сформированных на пластине кремния диаметром 100 мм, по предложенному способу удается получить 3-4 годных структуры (выход годных до 40%).

При изготовлении аналогичных структур толщиной 6 мкм по способу-прототипу до сборки из пяти пластин практически доходит 1-2 шт. Учитывая, что количество структур по способу-прототипу на пластине кремния диаметром 100 мм составляет 30-36 шт., выход годных не превышает 0,6%.

Использование: в полупроводниковой технике при изготовлении супертонких полупроводниковых структур, имеющих толщину подложки на уровне 6-50 мкм. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества и точности обработки полупроводниковых структур за счет сочетания групповой и индивидуальной технологии и возможности индивидуальной механической обработки полупроводниковых структур при утонении нерабочей стороны до заданной фиксированной толщины. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводниковых структур, включающем формирование, по крайней мере, двух структур на полупроводниковой пластине с реперными знаками для разделения, расположенными на расстоянии S_p друг от друга, изготовление носителей структур в виде колец и вкладышей, размещаемых внутри носителей, фиксацию на носителе, утонение структур путем механической обработки, резку пластины по реперным знакам на заготовки со структурами, носители структур изготавливают с внешним диаметром D_внеш≤S_р, м, и внутренним диаметром D_вн=(1,05...1,5)(a²+b²)^1/2, где а и b - габариты структуры, м, проводят резку пластин по реперным знакам на заготовки со структурами, заготовки со структурами калибруют до диаметра, равного внешнему диаметру кольцевого носителя, после чего проводят фиксацию заготовки со структурой рабочей стороной на носителе с вкладышем с последующим выравниванием носителя и вкладыша по толщине, а затем выполняют утонение структур путем механической обработки и полирующего травления и извлекают вкладыши. 5 ил.

Способ изготовления полупроводниковых структур, включающий формирование, по крайней мере, двух структур на полупроводниковой пластине с реперными знаками для разделения, расположенными на расстоянии S_p друг от друга, изготовление носителей структур в виде колец и вкладышей, размещаемых внутри носителей, фиксацию на носителе, утонение структур путем механической обработки, резку пластины по реперным знакам на заготовки со структурами, отличающийся тем, что носители структур изготавливают с внешним диаметром D_внеш≤S_р, м, и внутренним диаметром D_вн=(1,05...1,5)(a²+b²)^1/2, где а и b - габариты структуры, м, проводят резку пластин по реперным знакам на заготовки со структурами, заготовки со структурами калибруют до диаметра, равного внешнему диаметру кольцевого носителя, после чего проводят фиксацию заготовки со структурой рабочей стороной на носителе с вкладышем с последующим выравниванием носителя и вкладыша по толщине, а затем выполняют утонение структур путем механической обработки и полирующего травления и извлекают вкладыши.