Механическая обработка кремния

Твердость по шкале Мооса 7 Для обработки используются: искусственные алмазы, алмазные порошки, алмазные пасты с добавлением активных веществ, абразивные материалы SiC и Al 2 O 3 1. Отрезание затравочной и хвостовой частей и удаление дефектных частей

2. Обдирка боковой поверхности до нужного диаметра

3. Шлифовка базового среза Получение базового среза необходимо для одинаковой ориентации пластин в технологических установках. Структуры микросхем на пластинах формируют так, чтобы одна из сторон кристалла была параллельна базовому срезу.

4. Резка на пластины Ориентация определяется рентгеновским методом Вибрация пилы контролируется при помощи емкостного датчика Потери на ширину пропила 325 мкм (теряется ~1/3 кристалла) 2000 об/мин 0,5 мм/с

Отклонения подложек от точной формы Непараллельность сторон (клиновидность) характеризуется разностью их толщины h1– h2 на заданной длине l Неплоскостность – наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до идеально плоской. Прогиб – наибольшее расстояние от точек реального профиля в радиальном сечении до соответствующей плоской поверхности прилегающего профиля а – непараллельность сторон ; б –неплоскостность; в – прогиб

6. Снятие фаски Профиль кромки (фаски) пластин должен быть скругленным. Это уменьшает вероятность появления краевых трещин и сколов, улучшается качество литографии и эпитаксиального наращивания слоев. 5. Двухстороннее шлифование Используется суспензия Al 2 O 3 в глицерине Удаляется ~ 20 мкм

Механически нарушенный слой поверхности пластины I – рельефный слой; II – трещиноватыйслой; III – деформированный слой; IV – ненарушенная структура пластины Качество поверхности характеризуется глубиной механически нарушенного слоя, шероховатостью и качеством очистки от загрязнений. ~ 1,5 мкм 2 – 4 диаметра частиц

Полирование При трении выделяется теплота – ионы OH - взаимодействуют с Si. Образующийся оксид механически удаляется частицами SiO 2. Удаляется ~25 мкм. Процесс занимает ~5 мин. Суспензия – коллоидный раствор частиц SiO 2 (10 нм) в водном растворе NaOH

Профиль шероховатой поверхности подложки Шероховатость может оцениваться средним арифметическим отклонением профиля Rа, т. е. средним арифметическим абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l: или высотой неровностей профиля Rz по десяти точкам: Шероховатость поверхности пластин должна быть не ниже 13–14-го классов, что соответствует высоте микронеровностей от 0,100 до 0,025 мкм.

Импульсная термообработка 1. Восстановление кристаллической структуры после ионной имплантации. 2. Снижение плотности дислокаций на 2-3 порядка величины и концентрации кислородных кластеров по крайней мере на порядок величины при воздействии импульсов длительностью менее 0.05 с, разогревающих поверхностные слои до 1350 – 1400 о С. 3. Уменьшение величины сопротивления контакта металл- кремний приблизительно на порядок величины при воздействии импульсов порядка 1 с, нагревающих поверхность пластин до температуры, меньшей температуры плавления металла. При этом используется однородный нагрев всей площади пластины. 4. Создание приповерхностных слоев с большой концентрацией дефектов, которые впоследствии могут использоваться для геттерирования легко диффундирующих примесей (играют роль центров рекомбинации). 5. Резка пластин.

Режимы нагрева - охлаждения Одномерное уравнение теплопроводности для полубесконечной области, нагреваемой поверхностным источником тепла постоянной мощности при пренебрежении теплообменом с внешней средой: Q – плотность подводимой мощности, - коэффициент теплопроводности, – коэффициент температурной диффузии, с – удельная теплоемкость материала. Характеристическая длина распространения теплового фронта. При t = 1 c L T составляет около 0,7 см. Уже при х = 0,3 L T температура в 2 раза меньше, чем на поверхности пластины. При t = 1 мкс основной перепад температуры приходится на слой толщиной около 0,5 мкм. При 1300 о С потери тепла на излучение составляют около 40 Вт/см 2. После прекращения подвода энергии охлаждение пластины толщиной 1 мм от 1300 о С до 600…700 о С за несколько десятков мс. В случае, когда пластина нагрета коротким импульсом, охлаждение будет идти гораздо быстрее за счет отвода тепла в менее нагретые слои.

Зависимость относительного удлинения от нагрузки 1 - область упругих деформаций. 2 – область пластических деформаций. Пластические деформации на микроуровне соответствуют появлению и перемещению дислокаций. 3 – область упрочнения материала. Обусловлена захватом дислокаций на центры, которые не могут перемещаться (кислородные кластеры). После выхода на эту область пропадает область 2. При предельных для данного материала нагрузках образец разрушается (область 4).

Зависимость l/l от времени действия нагрузки Нагрузка близка по величине к области перехода из области упругих деформаций в область пластических деформаций. Участок 1 соответствует появлению и увеличению числа дислокаций, участок 2 – их перемещению, а участок 3 – выходу в область упрочнения. С ростом температуры все процессы ускоряются. T2>T1

Воздействие импульсов на материал в зависимости от плотности подводимой мощности и длительности Области 1 и 2, используют для восстановления кристаллической структуры или формирования эпитаксиальных слоев (целесообразен и подогрев подложки). Область 2 - для снижения плотности дислокаций и кислородных кластеров и для создания слоев, обладающих свойствами геттерировать примеси. Область 4 - для рекристаллизации слоев, аморфизованных в результате ионного легирования, улучшения свойств контактов. Область 3 - разделение (резка) пластин. 1- плавление поверхностных слоев, лежащие ниже твердые слои оказываются способными пластически деформироваться. 2 - поверхность пластины не доводится до плавления. 3 - пластина разрушается. 4 - предел прочности не превышен.

Резка диском с алмазосодержащей режущей кромкой (можно на всю толщину) 1 – сопло подачи охлаждающей жидкости; 2 – режущая кромка диска; 3 – основа диска; 4 – разрезаемая пластина; 5 – клеящий материал; 6 – оправка для закрепления пластины Разделение пластин на кристаллы Скрайбирование лазерным лучом

Разделение скрайбированных пластин с помощью подпружиненного ролика 1 – ролик; 2 – пленка полиэтилена; 3 – опора; 4 – линия разделения; 5 – пластина

Разделение скрайбированных пластин на полусфере 1 – гибкая мембрана; 2 – пластина; 3 – полусфера; 4 – выход воздуха