Separationen av halvledarskivor till kristaller är ett tekniskt processsteg inom elektronikindustrin . Separationen av halvledarskivor i individuella kristaller utförs på ett av två huvudsakliga sätt:
Ritsning består i att applicera repor på plattans yta i två ömsesidigt vinkelräta riktningar med en diamantskärare , skiva, tråd eller laserstråle . Stressade områden bildas under riskerna, längs vilka plattan går sönder efter att den mekaniska åtgärden applicerats på den.
När det gäller skärning av en platta med en skärare i inhemsk produktion användes skärare med en diamantspets, med en arbetsdel i form av: en trihedrisk pyramid - för att skära plattor med en tjocklek på 100 till 250 mikron från germanium ; tetraedrisk pyramid med en vass topp - för skärning av kiselskivor med en tjocklek på 250 till 500 mikron ; tetraedrisk stympad pyramid - för att skära plattor av en av de fyra spetsiga ytorna. Vid skärning av kisel- och germaniumskivor med en tjocklek av 125 μm till kristaller var det minsta skärningssteget 0,4 och 0,5 mm för kisel respektive germanium, belastningen av skäraren på skivan var 0,5 Newton respektive 0,1 Newton vid hastighet för ritningsmärken 0,025 m/min respektive 0,03 m/min. Skårornas djup efter ett slag av diamantskärning är 7 µm; för att säkerställa en tillfredsställande kvalitet på brytningen efter kapning bör skärdjupet vara minst 2/3 av plåtens ursprungliga tjocklek. Vid ritning spelar förhållandet mellan kristallernas bredd och tjockleken på den skurna plattan en viktig roll. Förhållandet mellan kristallens bredd (längd) och plattans tjocklek är 6:1, minimum är 4:1. Om plattans tjocklek blir proportionerlig med bredden (längden) av den skurna kristallen, uppstår brottet på plattan efter ritsning i en godtycklig riktning.
Laserstrålningsenergi används också för ritning - ritningsrisker skapas genom att ett halvledarmaterial förångas från skivans yta när det rör sig i förhållande till en fokuserad laserstråle med hög strålningseffekt. Under avdunstning av halvledarmaterialet, som sker vid hög temperatur, uppstår termiska spänningar i skivans sektion som försvagas av spåret, och själva spåret är smalt (upp till 25–40 µm) och djupt (upp till 50–100 µm) i form, fungerar som en mekanisk spänningskoncentrator. Tillsammans med skapandet av ett djupt separerande spår, på grund av frånvaron av mekanisk verkan på plattans arbetsyta, bildas inte mikrosprickor och spån, vilket gör det möjligt att öka ritningshastigheten till 200 mm/s och högre. Skydd och rengöring av wafern från halvledarmaterialkondensat säkerställs genom:
Det är också möjligt att laserrita utan att ta bort materialet från plåtens yta, den sk. "dold scribing", och för närvarande har denna metod praktiskt taget ersatt avdunstning [2] . För detta används en IR neodym-yttrium granat (Nd:YAG) laser , för vars våglängd kisel (den populäraste halvledaren) är genomskinlig, och absorptionen är ganska stor [3] . Korta pulser med hög effekt fokuseras djupt in i plattan, så att dess material smälter och snabbt omkristalliseras vid fokuspunkten, vilket skapar en stresszon. Flera laserpass med olika fokuseringsdjup skapar en bana av belastade zoner i halvledarskivans tjocklek, längs vilka den sedan lätt går sönder.
Den ritade plattan är trasig:
Sålunda sker brott i två steg: först i remsor och sedan i separata kristaller. Så att remsorna eller kristallerna inte rör sig i förhållande till varandra under brytningsprocessen (detta kan leda till godtyckliga brott och repor av kristallerna mot varandra), innan brytning täcks plattan med en elastisk film (polyeten, lavsan) på topp, vilket gör att du kan behålla orienteringen av remsorna och kristallerna under brytningsprocessen. För att bevara orienteringen av kristallerna för efterföljande operationer (detta är särskilt viktigt för automatiserad montering), ibland fixeras plattan på ett speciellt substrat, en satellit, innan den delas upp i kristaller. Kristaller mellan operationer på satellitfixen:
På grund av det faktum att det är svårt att manuellt välja rätt spännkraft, används teknik och automation i stor utsträckning i den moderna halvledartillverkningsprocessen. Och även om modern utrustning gör det möjligt att upprätthålla ett ritningssteg med en noggrannhet på ±10 μm, har storlekarna på färdiga kristaller efter brott en betydande spridning på grund av inverkan av plattornas kristallografiska orientering . Som förberedelse för montering, innan du kontrollerar kristallen, rengörs dess yta från olika föroreningar. I tekniska termer är det bekvämare att utföra denna rengöring omedelbart efter ritning och innan den bryter in i kristaller - bearbetning av avfall i form av smulor kan orsaka äktenskap.
| alternativ | Separationsmetod | ||
|---|---|---|---|
| rita med en diamantskärare | laserstråleskrivning | skivskärning | |
| Bearbetat material | det finns restriktioner | några | |
| Maximal möjlig kiselbearbetningshastighet, mm/s | 60 | 500 | 300 |
| Maximal hastighet som ger normal separationskvalitet, mm/s | 25-60 | 200 | upp till 150 |
| Skärdjup, µm | 1-5 | 50-170 | 10-500 |
| Klippbredd, µm | 1-5 | 20-35 | 30-50 |
| Waferbehandling med oxid | Rekommenderas inte | lätt att göra | möjlig |
| Kvaliteten på kristallytorna | tillfredsställande | ganska bra | |
| Verktygets rörelseriktning | ensidig | bilateral | möjligen bilateralt |
| Krav på kristallografisk orienteringsnoggrannhet | hård | måttlig | — |
| Kontaminering av plattans yta med avfallsprodukter (smulor, ångor) | mindre | mycket betydande | måttlig |
| Maximalt utbyte av lämpliga kretsar efter separation, % | 98 | 99,5 | |