Способ разделения монокристаллических пластин на кристаллы Советский патент 1992 года по МПК H01L21/78 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для разделения монокристаллических пластин на кристаллы.

При изготовлении интегральных микросхем и полупроводниковых приборов актуальной задачей является разделение монокристаллических пластин на отдельные элементы и кристаллы, при этом дефекты на них, возникающие от воздействия инструмента, должны быть минимальными.

Известен способ разделения монокристаллических пластин на кристаллы путем их скрайбирования алмазным резцом, состоящий в нанесении на поверхности пластины параллельно плотно упакованным кристаллографическим направлениям непрерывных рисок, образованных режущей кромкой алмазного резца, по которым затем

осуществляют разламывание пластины до получения отдельных кристаллов путем приложения разрушающего напряжения с противоположной скрайбированной стороны пластины, например, за счет прокатывания резинового валика вдоль рисок. Риски наносят алмазным резцом в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Основным преимуществом такого способа разделения монокристаллических пластин на кристаллы является малая ширина реза, а также отсутствие загрязнений на поверхности кристаллов. Вместе с тем за счет динамического воздействия алмазного инструмента при скрайбировании пластин по обе стороны от нанесенных рисок образуются нарушенные области с большим количеством микротрещин, сколов и других дефектов, что приводит,к браку готовых кристаллов.

VJ

Јь 4 v|

СА VI

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ разделения полупроводниковых монокристаллических пластин на кристаллы, включающий создание на поверхности пластины ряда последовательно расположенных вдоль плотно упакованных кристаллографических направлений зон концентрации механических напряжений и последующее разламывание пластины до ее разделения на отдельные кристаллы.

При осуществлении данного способа алмазный резец движется вертикально вверх и вниз по синусоидальному закону относительно горизонтально перемещающейся полупроводниковой пластины и наносит на ее поверхности ряд рисок длиной 25-225 мкм и глубиной 3-4 мкм. При этом риски в одном направлении отстоят друг от друга на расстоянии, определяемом синусоидальным законом движения алмазного резца, а во взаимно перпендикулярном направлении риски наносят только по краю пластины на расстоянии, равном шагу (размеру) кристалла.

Такой способ, используемый, в частности, при скрайбировании пластин арсенида галлия, обеспечивает более высокий выход годных кристаллов, т.к. дефекты образуются только в местах нанесения рисок.

Однако при использовании данного способа имеет место несовпадение результирующей силы, прилагаемой кромкой алмазного резца к пластине, с кристаллографическими плотно упакованными направлениями в полупроводниковом материале, что связано с геометрической формой инструмента и траекторией его перемещения. Такое несовпадение приводит к тому, что при скрайбировании и последующем разламывании пластины на боковых и рабочих гранях кристаллов образуется большое количество дефектов в виде хаотически расположенных микротрещин. Это снижает выход годных кристаллов.

Целью изобретения является увеличение выхода годных за счет уменьшения дефектов на боковых и рабочих гранях кристаллов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разделения монокристаллических пластин на кристаллы, включающем создание на поверхности пластины ряда последовательно расположенных вдоль плотно упакованных кристаллографических направлений зон концентрации механических напряжений и последующее разламывание пластины до ее разделения на отдельные кристаллы, создание зон концентрации механических напряжений осуществляют путем нанесения микроуколов инден- тором до образования смыкающихся между собой микротрещин.

Кроме тогок перед нанесением микроуколов индентором на лицевой и тыльной сторонах пластины формируют ограничительные зоны, расположенные параллельно плотно упакованным кристаллографиче0 ским направлениям.

После нанесения микроуколов индентором пластину кратковременно охлаждают в жидком азоте.

Как известно, плотно упакованные кри5 сталлографические направления в полупроводниковом монокристаллическом материале совпадают с направлениями плоскостей скольжения и скалывания материала. При локальном воздействии индентора

0 перпендикулярно поверхности пластины на ее поверхности образуется фигура укола, возникающая благодаря процессам скольжения и скалывания,при этом направление лучей микротрещин от микроукола инденто5 ром совпадает с плотно упакованными кристаллографическими направлениями в монокристаллическом материале независимо от формы индентора.

Причиной образования микротрещин

0 является деформация, вызванная приложением к материалу локального напряжения. Последовательное нанесение ряда уколов приводит к созданию смыкающейся линии микротрещин, совпадающей с плотно упа5 кованными кристаллографическими направлениями. Создание смыкающейся линии микротрещин приводит к образованию магистральной трещины в заданном направлении. Это снижает усилие разламы0 вания и улучшает качество боковых и рабочих граней кристаллов, т.к. для зарождения боковых трещин, направленных в сторону от магистральной, требуется большая энергия активации образования трещин. Обра5 зование сплошной линии микротрещин создает наведенное микроскопическое упругое поле, подавляющее все иные упругие поля, и обеспечивает однородное напряженное состояние вдоль всего направления

0 распространяющегося разрушения, т.е. сплошная линия микротрещин создает как бы узкий деформированный канал, своего рода волновод, по которому происходит продвижение трещины в заданном напрзв5 лении.

Пример. Получение зоны концентрации механических напряжений на .онокри- стзллической пластине арсенида галлия марки АГЧП-4 в плоскости (100) проводили на микротвердомере ПМТ-3 вдоль плотно

пакованных кристаллографических направлений 011 и 011. На предметный стоик ПМТ-3 помещается пластина и иксируется. Пластина устанавливается таким образом, чтобы визуальная линия окуяра микроскопа проходила вдоль заданного направления нанесения зон концентрации. В качестве индентора была использована алмазная пирамида. Усилие на индентор составляло 50 - 200 г. Шаг между микроуколами выбран экспериментально, он составлял 50-80 мкм и определялся длиной распространения микротрещины от алмазной пирамиды при ее воздействии на пластину. Предварительно на обеих сторонах пластины были созданы охранные до- рожки, образованные полосками из подпыленного металла толщиной 1-2 мкм. Это предотвращает распространение ма- гистрЬльной трещины в сторону от выбран- ных кристаллографических направлений и как бы улавливает боковые микротрещины. После того как был нанесен ряд микроуколов, пластину кратковременно помещали в жидкий азот. Помещение пластины перед приложением разрушающего изгиба в жидкий азот способствует дальнейшему развитию магистральных трещин за счет температурного перепада. В итоге поверхность пластины ока,.тся растянутой, а внутренние слои сжатыми. Растягивающие напряжения способствуют распространению магистральной трещины вдоль подготовленного канала. Трещина распространяется ровно и оставляет хорошую без сколов поверхность раздела. Затем пластину разламывали на отдельные кристаллы с

помощью валика. Нарушенная зона при предложенном способе разделения монокристаллических пластин на кристаллы составляет не более 15-25 мкм. Применение способа позволяет повысить выход годных кристаллов на 5-7%.

Формула изобретения

1.Способ разделения монокристалли- ческих пластин на кристаллы, включающий

создание на поверхности пластины ряда последовательно расположенных вдоль плотно упакованных кристаллографических направлений зон концентрации механических напряжений и последующее разламывание пластины до ее разделения на отдельные кристаллы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных за счет уменьшения дефектов на боковых и

рабочих гранях кристалла, создание зон концентрации механических напряжений осуществляют путем нанесения микроуколов индентором, причем форму индентора, давление и число микроуколов выбирают из

условия образования смыкающихся между собой микротрещин.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед нанесением микроуколов индентором на лицевой и тыльной сторонах

пластино: формируют ограничительные зоны, расположенные параллельно плотно упакованным кристаллографическим направлениям.

3.Способ поп. 1, отличающийся тем, что после нанесения микроуколов индентором пластину кратковременно охлаждают в жидком азоте.

Способ разделения монокристаллических пластин на кристаллы. Использование: технология изготовления микросхем. Сущность: на поверхность пластины алмазным индентором вдоль плотно упакованных кристаллографических направлений создают ряд последовательно расположенных зон концентрации механических напряжений, образуется магистральная трещина без боковых ответвлений. Предварительно с двух сторон пластины создают охранные дорожки напылением полосок, после нанесения микроуколов пластину помещают кратковременно в жидкий азот. 2 з.п. ф-лы. (Л