Способ разделения полупроводниковых пластин на кристаллы Советский патент 1993 года по МПК H01L21/78 

ел

С

Изобретение относится к производству электронной техники и может быть использовано в технологии изготовления интегральных схем. Сущность изобретения: пластину скрайбируют и прикладывают к ней одновременно тепловое и механическое воздействие, причем тепловое воздействие осуществляют путем создания градиента температуры. Для кремниевых пластин градиент температурного поля выбирают в пределах от 180 град/мм до 240 град/мм, а механическую нагрузку - в пределах от 6 до 8 г/см2. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к производству электронно-вычислительной аппаратуры и может быть использовано в технологии изготовления интегральных схем запоминающих устройств.

Целью изобретения является увеличение выхода годных кристаллов.

Поставленная цель достигается тем. что пластину подвергают одновременно тепловым воздействиям, и принимают пластину охлажденной плитой, при этом тепловое воздействие осуществляют путем создания градиента температурного поля, причем вектор напряжений однородного механического поля и градиент температурного поля параллельны. Для пластин из кремния градиент температурного поля выбирают в пределах от 180 град/мм до 240 град/мм, а однородное механическое поле в пределах от 6 до 8 г/см2.

В настоящее время наибольшее распространение разделения пластин на кристаллы получил метод скрайбирования, включающий две стадии.

Нанесение на поверхности пластины параллельных рисок - надрезов с определенным шагом. При этом в области рисок создается зона пластически деформированного кремния, содержащая микротрещины, микросколы и отличающаяся повышенными локальными механическими напряжениями. Ширина деформированной зоны достигает 270 мкм и после разделения уменьшается до 90 мкм. Поэтому элементы БИС ЗУ располагаются не ближе 100 мкм от края кристалла.

Разлом пластины на отдегьные кристаллы осуществляют путем воздействия внешних механических нагрузок. Все виды разлома являются разновидностями основ00

го

xl Os Ю О

3 18276964

1шх способоо, состоящих в консольном из-На фиг. 3 представлено схематическое гибе, изгибе вш цилиндрической или сфери-расположение векторов внешнего механической (плоскостях. Для разделения двухческого напряжения ае и термомеханиче- кристаллов из пластине необходи-ского напряжения а, в также показано

мы изгибающие усилия растяжения от I,5 направление градиента температурного

аполя, где . Как видно из фиг. Зградигде 8 -длина стороны кристалла, а - ширинаент температурного поля направлен паралпязстмны.лельно внешним механическим

На фиг. 1-3 предстаплено устройство,напряжениям сгв. а разделяющие пластину реализующее предлагаемый способ разде-10 термомеханические напряжения а направления пластин на кристаллы; на фиг. 1 -лены параллельно поверхности скрэйбиро- устройство для скрайбирования пластины;ванной части поверхности S пластины 2. на фиг. 2 - устройство для разделения пла-Поскольку поверхность S под действи- стин на кристаллы; на фиг. 3 - представленаем одностороннего нагрева пластины 2 рас- схема расположения векторов внешнего ме-«« ширяется, то внутренние напряжения о, Химического напряжения 7е и внутреннихдействуют в направлении деформации, т. е. термомеханических напряжений.в направлении расширения пластины.

Устройство (фиг, 1) содержит стол - ос-Отсюда видно, что внешнее однородное

нований 1 д/ni размещения пластины 2смеханическое поле ае действует перпендипомощью вакуумных присосок 3 пластина кулярно поверхности (поскольку механичепритягивается к столу 1 и с помощью злмаз-ские усилия создает плита 7 своим весом Р),

ного резца А перемещаемого устройством 5,а термомеханические напряжения возникананосят риски - прямые линии, параллель-ют D горизонтальной плоскости S, которая

ные кристаллографическим плоскостям. Сиспытывает тепловое расширение Aly

целью облечения условий крупного разру- ь и поэтому шения пластины под действием скрайбера

стол - основание 1 охлаждают проточнойах ахЕхДТ, Оу ауЕуАТ, водой.

Устройство (фиг. 2) содержит стол - ос-где Сх и а коэффициенты теплового

нование 6, подогреваемое горячей водой, наЖ расширения материала пластины в направкотором располагают надрезанной поверх-длениях X и Y§

ностью пластину 2. закрепленную с по-Ех и Еу - модули Юнга в направлениях

мощью вакуумных присосок 3. СверхуX и Y

пластину нагружают плитой 7, охлаждаемойд т перепад темПеРатуРы между нахолодной водой и. создающей поле мехами-35 и охл ной поверхностями пла.

ческих напряжений.гтин1

Предлагаемый способ разделения пла- и растягивающие термомеханистин на кристаллы заключается в том, чтонапряжения в направлениях X и Y.

координатный стол (фиг. 1) охлаждают доВоспроизведение идентичных условий

температуры ,5-20 С, затем на нем распо-™ разру11|внРия кристалла е. неизменность

лагают пластину 2 и с помощью вакуумных ур J постоянство перепада

присосок 3 фиксируют ее положение на сто-температуры Тг - Ti - AT обеспечивает

ле 1. Пластину скраибируют в заданных на-.

правлениях, после чего пластинувоспроизввдныи результат при идентичноперёкладывают на другой стол (фиг. 2) 645 ти физических свойств материалов скрайскрайбированной поверхностью ониз.бированных пластин и стабильности

н н нтехнологических режимов скрайбирования.

Стол 6 нагревают путем пропусканияПостоянная нагрузка Р предотвращает

горячей воды. Сверху пластины размещаютвозникновение изгибнои деформации плаохлаждающую плиту 7, В результате созда-50 Здесь создается поле однородных нается перепад температур 50-65°С огради-пряжении сжатия, определяющее

ентом 200 град/м. Одновременноежелательное направление распространевоздействие градиента температурного по-ния микротрещин. Величина нагрузки Р

ля. т. е. внутренних термомеханических на-™дбираетсй экспериментально для даннопряжений и перпендикулярно им55 го алмаза скрайбера. т. к. зависит от глубинаправленного равномерного иеханическо-НЫ 3WQ3a пластин и ширины

го нагружения пластины (внешних напряже-скрайбирования дорожки.

ний) достаточно для разделения пластиныНагретая до температуры Ti нижняя

на отдельные кристаллы.плита ходится в непосредственном тепловом контакте со скраибированной поверхностью кристалла. В этом случае слои скрайбироваиной поверхности пластины оказываются в области более высокой температуры Ti и происходит однородное расширение слоев нижней - скрайбированной части пластины относительно слоев ее верхней, охлаждаемой части. При этом риски скрайбированной области, содержащие устья трещин 8 развиваются, т. е. происходит их расширение и устья трещин 8 устремляются вглубь к охлаждаемой части пластины, вызывая ее разрушение вдоль рисок скрай- бирования под действием внутренних сил. Под действием скрайбированные участки 8 разруш&ются вследствие термического растяжения. При постоянном градиенте в пластине создаются постоянно растягивающие термомеханические напряжения, вызывающие естественное распространение микротрещин в направлениях скопления дислокаций, созданных алмазным скрайбе- ром.

Дефекты структуры кристалла вдоль линии скрайбирования носят локальный характер, вокруг них существует поле деформаций, где при направленной термической активации происходит перемеа1ение дислокаций и линий скольжения и в дальнейшем происходит релаксация напряженийвызванныхлокальнымиповреждениями. Термомеханические напряжения, возникающие за счет температурного градиента достаточно велики. Для разрушения пластины необходимо, чтобы , где о- предел прочности.. Величина о зависит от степени деформации пластины алмазом скрайбера и концентрации дефектов в зоне рисок и снимается до 5 МПа. Полагая L 4.2 к и Е 185 ГПа, находим

О

5-10(

4,2 185 10У

62°С.

Для кремния высокое значение температурных градиентов составляет более 200°С/см. В наших экспериментах градиент температурного поля составляет около 1800°С/см при АТ 50-65°С. Разрушение пластин на отдельные кристаллы происходит в течение 10 - 12 с.

Особенность предлагаемого способа разделения пластин на кристаллы состоит в безизгибном растяжении под действием внутренних термомеханических растягивающих напряжений, Плоская по всему сечению боковая поверхность скола кристалла по проскрайбированной части создается при разрушении и пластины кристаллатолько под воздействием однородного растяжения внутренними напряжениями.

Преимущества предлагаемого способа разделения пластин на кристаллы заключается в следующем: термомеханические напряжения из-за градиента температуры создают однородные термомеханические растягивающие напряжения повсей плоскости пластины; неравномерное нагружение по сечению разлома, т. е. по высоте пластины, силы, действующие в поперечном сечении не одинаковые - снизу (нагрето) больше, а сверху (холод) меньше и поэтому характер их действия сводится к разделению путем растяжения соседствующих кристаллов; площадь контакта соседствующих кристаллов в пластине в процессе разделения пластины на кристаллы непрерывно уменьшается и усилия растяжения кристаллов сосредоточены на неразрушенной контактной поверхности. Совмещением градиентов температурного поля, т. е. направленные термомехзнические напряжения и равномерной механической нагрузки (обеспечивающей сток дислокаций), достигается направленное разрушение вглубь надрезов пластин, созданных скрайбсром. Предлагаемый способ разделения пластин на кристаллы обеспечивает расширение верхнего слоя пластины относительно

нижних ее слоев и одновременное воздействие однородного механического поля, что вызывает распространение разрушения вглубь пластины вдоль плоскости спаяно- сти.

Формула изобретения

осущестпляют с усилием 6-8 г/см .

Z/Ј

I l

««.

S&..

фцг.З

7to rov//flV - M

ftpo/почнал

ёорячая foda