Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков icon

Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков




Скачати 301.92 Kb.
НазваМеханическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков
Дата конвертації04.05.2013
Розмір301.92 Kb.
ТипДокументи
1. /Технология_приборостроения/Введение.doc
2. /Технология_приборостроения/Глава 1-Основные понятия/Основ понятия.doc
3. /Технология_приборостроения/Глава 10-Полупровод приборы/Глава 10 Полупроводниковые приборы.doc
4. /Технология_приборостроения/Глава 11-Оптич изделия/Оптич. изделия.doc
5. /Технология_приборостроения/Глава 12-Шкалы измерит приборов/Шкала измерительного прибора.doc
6. /Технология_приборостроения/Глава 13-Основн виды испытаний/испытания.doc
7. /Технология_приборостроения/Глава 2-Технология металлов/ГЛАВА 2.doc
8. /Технология_приборостроения/Глава 2-Технология металлов/ГЛАВА 2сокращенная.doc
9. /Технология_приборостроения/Глава 3-Механ обраб металлов/ГЛАВА 3.doc
10. /Технология_приборостроения/Глава 4-Разъемные и неразъемные соед/ГЛАВА 4.doc
11. /Технология_приборостроения/Глава 5-Технология покрытий/ГЛАВА 5.doc
12. /Технология_приборостроения/Глава 6-Технология пластмасс/Глава 6.doc
13. /Технология_приборостроения/Глава 7-Электромонтаж/Электромонтаж.doc
14. /Технология_приборостроения/Глава 8-Технология обработки полупроводн мат/ГЛАВА 8.doc
15. /Технология_приборостроения/Глава 9-Мех обработка полупров/ГЛАВА 9.doc
Введение Прибор – общее название широкого класса устройств, предназначенных для измерений, производственного контроля, защиты оборудования, управления машинами и установками, регулирования технологических процессов, вычислений, учета, счета и др.
Основные понятия об изделии, производственном и технологическом процессах
Технология полупроводниковых приборов 10 Основные свойства полупроводников к полупроводниковым
Технология изготовления оптических изделий Стекловидные вещества
Технология изготовления шкал измерительных приборов 12 Введение. Терминология. Классификация шкал
Основные виды испытаний электромеханических и электронных приборов
Технология производства металлов Общие сведения о металлах Металлы
Технология производства металлов Технология производства черных металлов 1 Устройство доменной печи
Механическая обработка металлов Сверление. Расточные работы 1 Обработка отверстий
Разъемные и неразъемные соединения
Технология покрытий Общие сведения
Технология изготовления деталей из пластмасс Общие сведения
Электрический монтаж
Технология производства полупроводниковых материалов Полупроводниковые материалы Элементарные или простые полупроводники
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков

ГЛАВА 9


Механическая обработка полупроводниковых материалов


9.1. Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков


В процессе роста монокристаллов наблюдается несоответствие оси слитка и кристаллографической оси роста. Для получения пластин, ориентированных в заданной плоскости, перед резкой производят ориентацию слитков, используя рентгеновский или оптический методы.

Рентгеновский способ основан на отражении рентгеновских лучей от поверхности полупроводникового материала. Интенсивность отражения зависит от плотности упаковки атомами данной плоскости. Кристаллографической плоскости, более плотно упакованной атомами, соответствует большая интенсивность отраженных лучей. Кристаллографические плоскости полупроводниковых материалов характеризуются определенными углами отражения падающих на них рентгеновских лучей. Величины этих углов для германия и кремния приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Углы отражения для германия и кремния

Материалы

Углы отражения от плоскости

(111)

(110)

(100)

Германий Кремний

10°14'

17°56'

28°56'

30°12'

43°10'

45°23'


Для ориентации слитков используют установку УРС-50И, УРС-70К1. На поверхность торца слитка направляют пучок рентгеновских лучей под углом α, равным углу отражения от соответствующей кристаллографической плоскости. Под углом 2, от плоскости падения рентгеновских лучей устанавливают приемник, фиксирующий наличие отраженных лучей. Вращая стол со слитком, находят такое положение, при котором индикатор приемника показывает максимальную интенсивность отраженных лучей. Угол между новым положением плоскости торца слитка и его исходным положением является одним из углов ориентации слитка. Плоскость слитка может быть отклонена относительно его торцевой плоскости в двух различных направлениях, поэтому определяют второй угол ориентации путем направления пучка рентгеновских лучей на сошлифованную боковую грань слитка.

При оптическом методе торец полупроводникового слитка полируют и обрабатывают в селективном травителе. Различная скорость растворения полупроводникового материала по разным кристаллографическим направлениям на поверхности торца слитка способствует выявлению наиболее развитых граней плоскостей (111), (100), (110) в зависимости от ориентации затравки. Освещая протравленный торец слитка лучом света, по характеру отраженного луча судят об ориентации слитка. В зависимости от того, насколько сильно отклонена кристаллографическая плоскость от плоскости торца слитка, фигура, образованная отраженным лучом, будет стоять ближе или дальше от центра экрана. Точность определения углов ориентации световым способом зависит от четкости структуры травления на поверхности торца слитка и от четкости изображения световых фигур.


9.2. Материалы для наклейки слитков, пластин и кристаллов


Для закрепления полупроводниковых слитков, пластин и кристаллов в технологическом процессе их обработки (резки, шлифовки или полировки) применяют клеящие вещества, которые наряду с обеспечением надежного соединения должны поддаваться снятию после завершения обработки.

Для крепления слитков используют эпоксидные смолы, клей БФ, полистирол, а для пластин и кристаллов - воск, парафин, канифоль, шеллак, пицеин, глифталевый лак.

Клеящие смеси на основе эпоксидных смол. В их состав входят отвердители, пластификаторы, наполнители и разбавители.

Например, используют состав, содержащий 36% эпоксидной смолы, 53% карбоната кальция, 2% коллоидного кремнезема и 9% алифатических аминов. Процесс склеивания происходит при 293 К в течение 4 ч. Клеющая пленка легко смывается в воде при комнатной температуре.

Полистирол - порошок белого или желтого цветов, растворяется в толуоле с образованием однородной вязкой жидкости. При температуре 353...358 К полистирол размягчается, а при 413...433 К плавится. При приклеивании слитка его покрывают эмульсионным полистиролом и сушат при 358 К в течение нескольких часов.

Клей БФ используют с абразивным микропорошком М20 или М14 в соотношении 30% клея и 70% микропорошка.

Воск - желтый термопластичный материал животного (пчелиный) или растительного происхождения. Растворяется в трихлорэтилене, бензине. При нагревании до 333... 343 К размягчается и при дальнейшем повышении температуры расплавляется по поверхности подложки. При охлаждении застывает, образуя твердую пленку, коэффициент усадки 4,5%.

Парафин - белый термопластичный материал с крупнокристаллической рыхлой структурой. Температура размягчения и плавления 323...328 К. При наклейке полупроводниковых пластин к шлифовальным и полировальным планшайбам на нагретую до температуры 333...343 К металлическую планшайбу наносят тонкий слой парафина, на который укладывают полупроводниковые пластины, а сверху - создают равномерную нагрузку. При затвердевании парафин жестко скрепляет контактируемые поверхности. Коэффициент усадки 10...12%.

Канифоль - хрупкая, прозрачная, стекловидная масса желтого цвета. Выпускается четырех марок: А, Б, В, Г, в которых содержание влаги изменяется от 0,2 до 0,4%, а механические примеси колеблются от 0,03 до 0,1%. Температура размягчения равна 341, 339, 327 и 346 К соответственно для всех марок. Канифоль растворима в маслах, жидких углеводородах, спирте, скипидаре и др.

Пицеин - термопластичное вещество. Его получают смешиванием 25 ч. канифоли с 75 ч. пчелиного воска. Смесь расплавляют и варят в течение нескольких часов, а затем фильтруют. При нагревании до температуры 343...363 К пицеин размягчается.

Шеллак - смолистое вещество чешуйчатого строения, желто-коричневого цвета, органического происхождения. Температура размягчения 353...363 К, плавление 383...393 К. Плотность 1,04 г/см3. Коэффициент усадки 3,6%, водонепроницаемость не превышает 5%. Растворяется в спирте и щелочах. Используется для наклейки как в чистом виде, так и в виде шеллачно-бакелитовой мастики, состоящей из перемешанной смеси из 380 г шеллачного и 40 г бакелитового лака, 3 г уротропина, 550 г талька и 350 г литопона. Введением в мастику этилового спирта задают требуемую вязкость.

Церезин - термопластичное кристаллическое вещество желтоватого цвета. Усадка при охлаждении 7...8%. Температура размягчения и плавления натурального и синтетического церезина 333...353 и 363...373 К соответственно.

Глифталевый лак - синтетическая алкидпая смола, модифицированная канифолью и растительным маслом; прозрачная жидкость, обладает высокой клеящей способностью. Температура размягчения 373...383 К.

Заливочный состав выпускается двух марок:

  • хрупкий;

  • пластичный.

Хрупкий состав состоит из 80% канифоли и 20% церезина, пластичный - из 75% канифоли, 10% озокерита, 5% битума и 10% вазелинового масла. Температура размягчения этих составов 338 К.





Рис. 9.1 Формы режущей кромки алмазных дисков:

а - непрерывная; б, г - волнообразная; в - прерывистая (вид сбоку); д - однослойная; е - двухслойная; ж - в виде спички (в разрезе)



9.3. Виды резки полупроводниковых материалов


Резка с помощью дисков. Режущим инструментом являются металлические из нержавеющей стали диски с внутренней или внешней режущей кромкой, армированные искусственными или природными алмазами. Режущую кромку образуют методом электролитического осаждения алмазных зерен диаметром 50...90 мкм. Существуют различные формы режущей кромки (рис. 9.1).

Толщина металлической основы диска составляет 0,1 мм, а режущей кромки - 0,25...0,3 мм. Выбор толщины диска определяется с учетом потерь материала при резке, срока службы диска, качества пластины и др. Резку полупроводниковых материалов с помощью алмазосодержащих дисков с внутренней режущей кромкой производят на станках типа 2405. Слиток приклеивают к установочной пластинке и к поворотному приспособлению на столе станка. Алмазный диск крепят к патрону, помещая его между кольцами со сферическими поверхностями, скрепляя эти кольца болтами. Для предотвращения возможного разрыва диска при регулировке его натяжения между патроном и кольцами устанавливают прокладки из текстолита.

В процессе изнашивания рабочей поверхности алмазного диска происходит выкрашивание из связки отдельных непрочно закрепленных алмазных зерен; округление их вершин, расщепление и частичное скалывание отдельных зерен по плоскости спайности, а также увеличение усталостных явлений в основе диска, зерен и связке.

Величина стойкости G алмазных дисков связана с основными технологическими факторами соотношением


(9.1)


где Gg - коэффициент, характеризующий материал;

U - скорость резания;

S - скорость подачи диска;

а, в - постоянные величины.

Натяжение алмазных дисков также определяет их стойкость. Недостаточное натяжение приводит к искажению формы отрезаемых пластин, поломке пластин, отклонению от плоскости ориентации пластин и т. п. Чрезмерное натяжение диска увеличивает его износ.

Максимальная скорость вращения ограничена вибрацией алмазного диска, температурой зоны резания и снижением его службы. Величина нарушенного слоя, остаточные напряжения, микронеровности, структурные изменения поверхности и износоустойчивость режущей кромки алмазного диска в значительной степени зависит от температурного поля в зоне резки. Количество тепла, выделяемое в процессе резки (Q) определяется по формуле:


Q=PUA, (9.2)


где Р - тангенциальная составляющая силы резки;

U - линейная скорость внутренней режущей кромки алмазного диска;

А - тепловой эквивалент работы.

На рис. 30 приведены типичные графики распределения температуры в слитке полупроводникового материала при резке.



Рис. 9.2 График распределения температуры в слитке при резке


При резке пластин используют набор алмазных дисков с внешней режущей кромкой с общей длиной 150...700 мм. Натяжение, создаваемое для придачи жесткости тонкому диску с круглым вырезом в центре, создается давлением масла и механическим зажимом винтами (рис. 9.3). Жесткость диска и диаметр слитка оказывают существенное влияние на изгиб отрезаемой пластины.



Рис. 9.3 Методы создания натяжения диска

(а - за счет масляного давления; б - за счет механического зажима винтами):

1 - О-образное кольцо; 2 - диск; 3 - подача масла

Для резки используют многолезвийные пилы (рис. 9.4), однако создать одинаковое натяжение лезвий затруднительно, что приводит к ухудшению параллельности пластин, изменению их толщины.





Рис. 9.4 Многолезвийная пила:

1 - набор лезвий; 2 - слиток кремния


Резка абразивом с помощью проволоки осуществляется па станках (рис. 9.5, а), в которых скорость перемотки проволоки мала. Проволока наматывается на ролики механизма 1, совершающего возвратно-поступательное движение, обеспечиваемое шатуном 2. Проволока перематывается через механизм с катушки 3 на катушку 5 посредством тормозного диска 4 и механизма подачи 6. При резке на проволоку непрерывно подается абразивная суспензия. Скорость резки определяется свойствами обрабатываемого материала, скорости движения проволоки, либо кристалла, ее диаметра, количеством и величиной зерен абразива.

Резку проводят проволокой из нержавеющей или струнной стали диаметром не менее 0,08...0,1 мм, покрытой тонким слоем алмазной крошки с размерами зерна 1...20 мкм. В качестве связи используется эпоксидная смола. Для проволоки из магнитного материала абразивным порошком может быть феррит.

Резку материалов возможно осуществлять также с помощью проволоки, движущейся с большой скоростью (рис. 9.5, б). Проволока натянута между двумя роликами с кольцевыми пазами, задающими шаг и тем самым необходимый размер кристаллов. Резка происходит за счет быстрой перемотки проволоки с ролика 1 на ролик 2, проходя через слиток полупроводникового материала 4 и систему роликов 3. С помощью столика 5 и груза 6 столик прижимается с определенным давлением к режущей проволоке.

Ультразвуковая резка (УЗ). При УЗ резке в область резания непрерывно подается абразивная суспензия. Под действием УЗ колебаний под рабочей поверхностью режущего инструмента зерна микропорошка внедряются в обрабатываемый материал и разрушают его. Для УЗ резки используют станки различных типов, размеров, мощности и назначения: 4772А, 4773, 4773А, МЭ-34, С-15.

Режущие инструменты для УЗ резки изготовляют из малоуглеродистых нетермообработанных марок стали 20, стали 35. Абразивом служит карбид бора, алмазный порошок, электрокорунд, карбид кремния и др. Концентрация абразивного порошка составляет 30...40% по весу к жидкой части суспензии.



Рис 9.5 Кинематические схемы станков проволочной резки:

а - с малой скоростью перемотки проволоки; б - с большой скоростью перемотки проволоки


9.4. Материалы для механической шлифовки и полировки полупроводниковых материалов


После резки слитков на пластины для получения плоскопараллельности их сторон, точного соответствия заданным размерам и уменьшения глубины нарушенного слоя проводят шлифовку пластин. Для шлифовки применяют абразивные материалы; алмазные порошки, полировочные пасты.

Абразивные материалы. Абразив представляет собой смесь зерен неправильной формы разного размера. Зерном абразива называют отдельный кристалл, сростки кристаллов или их осколки при отношении их наибольшего размера к наименьшему не более 3:1.

Абразивные материалы характеризуются твердостью, хрупкостью, абразивной способностью, механической и химической стойкостью.

Твердость - способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого материала. Твердость абразивных материалов характеризуется по минералогической шкале Мооса 10 классами, включающей в качестве эталонов: тальк (1), гипс (2), кальцит (3), флюорит (4), апатит (5), ортоклаз (6), кварц (7), топаз (8), корунд (9), алмаз (10).

Абразивная способность характеризуется количеством материала, сошлифованного за единицу времени.

Механическая стойкость - способность абразивного материала выдерживать механические нагрузки, не разрушаясь при резке, шлифовке и полировке. Она характеризуется пределом прочности при сжатии, который определяют, раздавливая зерно абразивного материала, фиксируя нагрузку в момент его разрушения. Предел прочности абразивных материалов при повышении температуры снижается.

Химическая стойкость - способность абразивных материалов не изменять своих механических свойств в растворах щелочей, кислот, а также в воде и органических растворителях.

Абразивные материалы отличаются между собой размером (крупностью) зерен, имеющем номера 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М28, М20, Ml4, М10, М7 и М5 и подразделяются на четыре группы:

  • шлифзерно (от № 200 до 16),

  • шлифпорошки (от № 12 до 3),

  • микропорошки (от М63 до М14) и тонкие микропорошки (от М10 до М5).

Классификацию абразивных материалов по номерам зернистости проводят рассеиванием на специальных ситах, номер которого характеризует размер зерна. Соотношение номера зернистости и размера зерна абразива приведено в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Соотношение номера зернистости и размера зерна абразива




Номер зернистости

Размер, зерна, мкм

М28

28...20

М20

20...14

М14

14...10

М10

10...7

М7

7...5

М5

5...3

Номер зернистости абразивных материалов характеризуется фракцией: предельной, крупной, основной, комплексной и мелкой. Процентное содержание основной фракции обозначают индексами В, П, Н и Д (табл. 9.3).

На рис. 9.6 и 9.7 приведены зависимости глубины нарушенного слоя и объема снятого материала от размера зерен абразива для разных кристаллографических плоскостей ориентации полупроводниковых пластин и различных материалов шлифовальников. Ниже приведены распространенные абразивные материалы.

Таблица 9.3

Содержание основной фракции в абразивных материалах

Индекс абразивного материала

Содержание основной фракции, %, для зернистостей

200-32

25-16

12-8

6-4

3

М63-М28

М20-Ml 4

М10-М5

В

П

Н

Д

-

55

45

41

-

55

43

39

-

55

45

41

-

55

40

36

-

-

40

36

60

50

45

42

60

50

40

37

55

45

40

37



Рис. 9.6 Зависимость глубины нарушенного слоя от размера зерен абразива для различных кристаллографических плоскостей пластин:

1, 2, 3 - германий (100), (111) и (110); 4. 5 - кремнии (100), (111)




Рис. 9.7 Зависимость толщины снятого материала от размеров зерен абразива для различных материалов шлифовальников:

1 - сталь; 2 - медь; 3 - стекло; 4 - латунь

Электрокорунд (А12О3) - кристаллическая окись алюминия. Микротвердость электрокорунда лежит в пределах от (1,8...2,4)·1010 Н/м2. Плотность 4 г/см3. Электрокорунд размягчается при температуре 2023 К, а плавится при 2323 К. Модуль упругости 7,6-1011 Н/м2. Твердость 9 по шкале Мооса. Электрокорунд выпускается трех сортов: белый (содержит от 98,5 до 99,5% А12Оз), нормальный (содержит от 91 до 96% А15О3) и черный (содержит от 65 до 75% А12О3).

Карбид кремния (SiC) - химическое соединение кремния с углеродом. Хрупкий материал. Плотность карбида кремния 3,16...3,39 г/см3. Твердость 9,2 по шкале Мооса, а микротвердость 3,4-1010 Н/м2. Предел прочности при сжатии 2,5·109 Н/м2. Абразивная способность почти в два раза выше электрокорунда. Чем меньше размеры его зерен, тем больше их прочность. Выпускается двух разновидностей: зеленый и черный. Черный карбид кремния отличается от зеленого содержанием и является более хрупким и менее твердым материалом.

Карбид бора (В4С) - тугоплавкое соединение. По твердости уступает лишь алмазу. Однако он чрезвычайно хрупок. Плотность 2,5 г/см3. Предел прочности при сжатии 1,9·-109 Н/м2. Термостойкость 773...873 К. Температура разложения 2623 К. Промышленность выпускает серию групп карбида бора зернистостью от № 16 до № 28 с содержанием 94%.

Алмазные порошки и пасты. Алмазные порошки представляют собой смеси алмазных зерен, которые имеют правильную кристаллическую форму. Совокупность зерен определенного размера, преобладающих по количеству в составе данного порошка, называют основной фракцией. Кроме основной фракции в состав порошков входят побочные - крупная и мелкая. Размер зерен в каждой фракции определяется размерами сторон ячеек двух контрольных сит, из которых через верхнее сито зерна должны проходить, а на нижнем задерживаться.

Зернистость алмазных шлифпорошков определяется по основной фракции и обозначается дробью, у которой числитель соответствует наибольшему, а знаменатель - наименьшему размерам зерен основной фракции (табл. 9.4).

Таблица 9.4

Соотношение зернистости и размера зерен алмазных шлифпорошков

Номер зернистости

Размер зерна, мкм

AM 20/14

20..14

AM 14/10

14...10

AM 10/7

10...7

AM 7/5

7...5

AM 5/3

5...3

AM 3/2

3...2

AM 2/1

2...1

AM 1/0

1...0

Алмазные шлифпорошки из синтетических алмазов выпускаются пяти марок:

АСО - имеет зерна с наиболее развитой режущей поверхностью и повышенной крупностью;

АСР - имеет зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью по сравнению с порошками АСО;

АСВ и АСК - обладают еще большей прочностью зерен по сравнению с порошками АСО и АСР;

АСС - обладает наибольшей прочностью по сравнению с порошками всех марок.

Шлифпорошки из природных алмазов выпускаются марки А.

Шлифпорошки обладают зернистостью двух диапазонов: широкого и узкого.

К широкому диапазону зернистости относятся шлифпорошки: А400/260, А250/160, А160/100, А100/63, А63/40, АСО 160/100, АСО 100/63, АСО63/40, АСР250/160, АСР160/100, АСР100/63, АСВ400/ 250, АСВ250/100, АСВ160/100, АСВ100/63.

Узкий диапазон зернистости охватывает большую группу шлифпорошков: А630/500, А500/400, А400/315, А315/250, А250/200, А200/160, А160/102, А100/80, А80/63, А63/50, А50/40, АСО от 160/125 до 50/40, АСР от 250/200 до 63/50, АСВ от 400/315 до 80/63, АСК от 500/400 до 100/80, АСС от 630/500 до 125/100.

Марка алмазного шлифпорошка характеризуется определенной массой зерен каждой фракции. Для широкого и узкого диапазонов зернистости объем зерен крупной фракции не превышает 15%, основной фракции - не ниже 70%, а мелкой - не более 3%.

Прочность на сжатие алмазных шлифпорошков зависит от их зернистости и возрастает с увеличением алмазных зерен. Так, для марки алмазного шлифпорошка АСО эта величина изменяется от 1,5·104 до 2,2·104 Н/м2, для АСР - от 2,5·104 до 7·104 Н/м2, для АСВ - от 4,3·104 до 1,1·104 Н/м2, для АСК - от 9·104 до 2,7·105 Н/м2, для АСС - от 2·104 до 6,6·105 Н/м2

Алмазные микропорошки имеют меньший размер зерен по сравнению с алмазными шлифпорошками. Синтетические алмазные микропорошки выпускаются марок АСМ и АСН, а природные - AM и АН. Алмазные микропорошки имеют одиннадцать групп зернистости: 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10, 10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1 и 1/10. Зерновой состав алмазных микропорошков приведен в табл. 9.5. Абразивная способность алмазных микропорошков AM и АСМ изменяется от 3,3 до 1,2 с уменьшением зернистости микропорошка от 60/40 до 5/3. Абразивная способность микропорошков АН и АСН несколько выше и изменяется от 4,3 для зернистости 60/40 до 1,9 для зернистости 5/3. Алмазные пасты состоят из алмазных микропорошков различной зернистости и высокомолекулярных поверхностно-активных веществ. В пастах используют алмазные микропорошки с зернистостью от АМС-40 до АМС-1. Алмазные пасты выпускаются с высокой (В), средней (С), низ кой (Н) и пониженной (П) концентрациями алмазного микропорошка. По консистенции пасты разделяют на твердую (Т), густую (Г), мазеобразную (М) и жидкую (Ж). Алмазная паста с зернистостью микропорошка АМС-1 высокой концентрации и жидкой консистенции обозначается: АМС1-В-Ж.

Полировочные материалы. Полировочная паста - масса зеленого цвета, содержит 62...65% окиси хрома, 10...12% нефтяного парафина, 35...38% олеиновой кислоты, стеарина, серы и натриевого и калиевого хромпика. Применяется для полировки изделий на хлопчатобумажных, фетровых и кожаных кругах - полировальниках.

Окись хрома (Сг2Оз) - порошок зеленого цвета, выпускается трех марок: ОХМ-1 (металлургическая), ОХП-1 (пигментная) и ОХЧ-1 (часовая) с содержанием чистого продукта в пересчете на не менее 98...99% и влаги не более 0,15%.

Полирит - порошок коричневого цвета, содержит 97% окислов редкоземельных металлов (в том числе до 45% окиси церия), применяется для полировки стекла и полупроводниковых материалов.

Аэросил представляет собой чистую двуокись кремния, рыхлый голубовато-белый порошок. Молекулярная масса 60,08. Выпускается трех марок: А-175, А-300 и А-380, в которых средний размер частиц соответственно равен от 10 до 40 нм, от 5 до 20 нм, от 5 до 20 нм, от 5 до 15 нм.

Таблица 9.5

Зерновой состав алмазных микропорошков


Группа

Размер зерен, мкм, во фракциях

крупной, до 5%

основной, не менее 65%

мелкой, не более 30%

60/40

80

60...40

Не мельче 20

40/28

60 и мельче

40...28

Не мельче 14

28/20

40 и мельче

28...20

Не мельче 10

20/14

28 и мельче

20...14

Не мельче 7

14/10

20 и мельче

14...10

Не мельче 5

10/7

14 и мельче

10...7

Не мельче 3

7/5

10 и мельче

7...5

Не мельче 2

5/3

7 и мельче

5...3

Не мельче 1

3/2

5 и мельче

3...2

2 и мельче

2/1

3 и мельче

2...1

1 и мельче

1/0

2 и мельче

1 и мельче

-


Полировочные составы - смеси аэросила, глицерина, диэтилендиамина, этиленгликоля и деионизованной воды:

I состав - 1000 мл деионизованной воды, 120 г аэросила-380, 50...70 мл глицерина и 100...200 мл водного раствора этилендиамина.

II состав - 1000 мл деионизованной воды, 100...150 г аэросила-300, 50...70 мл этиленгликоля и 50...150 мл диэтиламина.

III состав - 1000 мл деионизованной воды, 40...80 г аэросила-380, 20...40 г аэросила-300, 50...70 мл глицерина, 100...200 мл этилендиамина и 50... 150 мл 30%-ной перекиси водорода.

Финишную полировку полупроводниковых пластин перед эпитаксиальным наращиванием проводят полировальным порошком «Элплаз». Выпускается он трех марок: А, Б и В (табл. 9.6). Крупность частиц не более 0,5 мкм. Марку А применяют для высокоскоростной обработки кремниевых пластин, марку Б - для их обработки на полировальнике из электростатической замши, а марку В - для обработки пластин полупроводниковых соединений


Таблица 9.6

Характеристики порошка «Элплаз»

Показатели

Марка порошка

А

Б

В

Удельный съем при полировке, мкм/ч

3

2

1

Содержание связанного хлора, мас.%

0,2

0,4

0,6

Содержание высокотемпературных форм, %

75

40...75

15...40

Содержание рабочей фракции

крепостью 0,05...0,03 мкм, %

75

-

-

Содержание микропримесей, %:










железа

1·10-2

4-10-1

4-10-1

титана

1·10-2

1·10-1

4-10-1

никеля

1·10-2

1·10-1

1·10-1

хрома

1·10-2

1·10-1

1·10-1


9.5. Материалы для изготовления шлифовальников

и полировальников


Для шлифовальников используют чугунные, стальные, медные стеклянные, деревянные, текстолитовые и текстолитовые диски. На их плоской рабочей поверхности помещают для обработки пластины или кристаллы полупроводникового материала. Полировальниками являются шлифовальные диски, обтянутые различными тканями или синтетическими пленками (фетр с пластиковым наполнителем и без него, кирза, велюр, ворсит, замша, войлок, фланель и др.)

Чугун - сплав железа с углеродом. Для изготовления шлифовальников используется литейный чугун: ХЧ-1 - ХЧ-4, ЛХЧ-1 - ЛХЧ-6 и ЛД-1 – ЛД-3 с содержанием кремния от 4% и более, углерода от 2,8 до 3,5, марганца до 1,5%, фосфора от 0,1 до 1,2%, хрома от 1,6 до 3,8 и никеля около 1%, содержание серы не должно превышать 0,05%. Шлифовальники также выполняются из углеродистых сталей марок Ст2, СтЗ и Ст4.

Сплавы меди с преобладающим содержанием цинка называются латунями и маркируются, например, Л-68 (буква Л обозначает латунь, а цифра указывает содержание меди в %). Сплавы меди, в которых основным легирующим компонентом является любой металл кроме цинка и никеля, называют бронзами и маркируются, например, БрОФ6, 5-025 (буквы обозначают Бр – бронза, О – олово, Ф – фосфор, а цифры – процентное содержание олова и фосфора в сплаве).

Текстолит – материал, получаемый пропиткой различных тканей горячей смолой и последующим прессованием; обладает высокой стойкостью к истиранию. Плотность текстолита 1,45г/см3.. Водопоглощение за 24 ч при 293 К не превышает 0,3 г/см2.

Текстовинит - хлопчатобумажная ткань с поливинилхлоридным покрытием двух типов:

  • пористым;

  • непористым.

Ее поверхность эластична и устойчива действию воды, керосина, бензина и различных масел. Термостойкость 343 К. Разрывная нагрузка полоски текстовинита размером 20X100 мм равна 2,8·106 Н/м2. Разрывная нагрузка по-лоски размером 20х100 мм равна 1,2·107 Н/м2.

Ворсит – ткань вельветон, на ворсовую сторону которой последовательно нанесено несколько слоев каучуковой смеси. Разрывная нагрузка полоски размером 20х100 мм равна 1,2·107 Н/м2.

Замша кожа, выделанная из шкур оленя, лося, овец с жировым дублением. Имеет низкий и густой ворс. Предел прочности при растяжении равен 1,4·107 Н/м2.

Войлок – тонкошерстный листовой материал толщиной от 2,5 до 20 мм. Предел прочности на разрыв при толщине 5 мм составляет 3,5·106 Н/м2. Удлинение при разрыве не превышает 135%. Из войлока изготовляют полировальники в виде дисков.


Шлифовка и полировка пластин


Плоскостность пластин создают одновременной двусторонней либо поочередной односторонней шлифовкой. При двусторонней шлифовке непараллельность 1 мкм и менее, а разброс по толщине ± 1 мкм, при односторонней шлифовке точность на порядок ниже.

Шлифовальные станки для обработки полупроводниковых пластин и кристаллов состоят из стеклянного или чугунного шлифовального круга, в котором имеются три круглых сепаратора-кассеты с отверстиями (гнездами) для загрузки полупроводниковых пластин. Пластины при шлифовке совершают сложное движение, которое складывается из вращения шлифовального круга, вращения сепаратора-кассеты и вращения пластины внутри гнезда сепаратора. В процессе шлифовки на круг непрерывно подается абразивная суспензия, зерна которой вдавливаются одними гранями в стекло (чугун), а другими - в полупроводниковую пластину. На поверхности полупроводниковой пластины в местах соприкосновения с зернами абразива возникают микротрещины, глубина которых определяется природой и величиной абразивных зерен. В результате многократных воздействий зерен на поверхности пластины образуется слой, из которого при последующем перемещении зерен извлекаются осколки полупроводника, т. е. образуются так называемые выколки, характеризующие собой начало процесса шлифовки. Множество расположенных рядом выколок образуют шероховатую поверхность, характерную для шлифованной поверхности полупроводниковых кристаллов.

При шлифовке микротвердость абразива должна быть в 2...3 раза выше микротвердости шлифуемого материала. Скорость шлифовки зависит от прочности абразивных зерен: при одинаковой величине зерен более глубокие выколки дают абразивные материалы с большей микротвердостью.

Выравнивание пластин по толщине и выведение клипа, полученного при резке слитка на пластины, проводят без приклейки пластин к шлифовальным головкам шлифовкой порошком с зернистостью М14. Окончательное шлифование проводят порошками с зернистостью М10 и М5 при приклейке к шлифовальным головкам. Глубина выколок в зависимости от применяемого абразивного порошка составляет 3...30 мкм. Шлифуют на станках типа ШП-200, ДП-300. Для механической полировки используют водные суспензии на основе окиси хрома, окиси церия или смесей окисей других редкоземельных металлов, которые при полировке распыляют на обрабатываемую плоскость.

После резки, шлифовки и полировки поверхность полупроводника нарушается. Наибольшая глубина залегания нарушенного слоя при резке слитка на пластины, менее глубокая при шлифовке и полировке. Повреждения приповерхностного слоя при абразивной обработке германия более значительные, чем у кремния. Глубина нарушенного слоя зависит от ориентации исходного полупроводникового материала. Наименьшая глубина нарушенного слоя имеет место на поверхности, совпадающей с плоскостью (111), и несколько увеличенная на поверхностях, совпадающих с плоскостью (100), (110).

Скорость резания также влияет на толщину нарушенного слоя. При изменении скорости резания алмазным диском с 3000 до 5000 об/мин толщина нарушенного слоя увеличивается с 15 до 50 мкм для германия и с 12 до 30 мкм для кремния. Толщину нарушенного слоя определяют путем последовательного стравливания тонких слоев нарушенной области и контроля полученной поверхности на электронографе разрешением 1 мкм. Ее можно определить также при анодном растворении полупроводникового материала по скорости растворения. Слой с дефектами структуры травится быстрее, чем монокристаллический материал. Резкое изменение скорости растворения (анодного тока) соответствует переходу от растворения нарушенного слоя к растворению монокристалла.


9.6. Разделение пластин


Процесс разделения пластин на готовые элементы и приборы включает скрайбирование и разламывание.

Скрайбирование заключается в нанесении рисок на поверхность пластины, например, в двух взаимно перпендикулярных направлениях посредством воздействия алмазного резца-скрайбера, диска или лазерного излучения. Под рисками образуются напряженные области. Слабое механическое воздействие на пластину приводит к ее ломке.

Для скрайбирования алмазным резцом используют станки ЖК10-11, ШАР-0160001, СМ-23А, ЭМ-201. При скрайбировании (рис. 9.8) разрезаемая пластина 1 вакуумным присосом прижимается к столику 3 подвижного механизма 4. Алмазный резец 2 совершает возвратно-поступательное движение и процарапывает на поверхности пластины ровную канавку. Затем столик с пластиной автоматически передвигается на заданную величину и при возвратном движении резец оставляет канавку, параллельную первой. После прохождения алмазным резцом всей площади пластины она поворачивается на 90° и процесс повторяется.



Рис. 9.8 Кинематическая схема станка резки алмазным резцом


Для скрайбирования используют резцы с алмазным наконечником (рис. 9.9). Резцы с рабочей частью в виде трехгранной пирамиды (рис. 9.9, а) предназначены для резки пластин из германия толщиной от 100 до 250 мкм, в виде четырехгранной пирамиды с острой вершиной (рис. 9.9, б) - для резки пластин из кремния толщиной от 250 до 500 мкм и четырехгранной усеченной пирамиды (рис. 9.9, в) - для резки пластин одной из четырех заостренных граней.

При резке пластин толщиной 125 мкм на кристаллы минимальный шаг резки кремния и германия составляет 0,4 и 0,5 мм соответственно. Глубина рисок после алмазной резки 7 мкм. Нагрузка резца на пластину рекомендуется 0,2 Н для кремния и 0,1 Н для германия при скорости нанесения рисок 0,025 м/мин и 0,03 м/мин соответственно. Минимальный размер кристаллов h и толщина исходной пластины 1 связаны следующим соотношением:

h = kl,

k= 4 для Si и k=32 для Ge.

Для обеспечения удовлетворительного качества разламывания пластин на кристаллы после резки дисками глубина реза должна быть не менее 2/3 исходной толщины пластины.

Для скрайбирования используют также энергию лазерного излучения. Линия реза, возникшая при воздействии энергии лазерного излучения, снижает прочность материала за счет уменьшения площади поперечного сечения подложки, образования концентратора напряжения и деформирования слоя вблизи лазерного реза. Высокое качество разделения обеспечивается при низкой скорости скрайбирования, когда глубина скрайбирования не менее 1/4 толщины пластины.

Защита и очистка пластины от конденсатов полупроводникового материала при лазерном скранбировании обеспечивается продувкой зоны обработки воздухом, вакуумным отсосом (рис. 9.10, а, б), либо размещением над пластиной прозрачной эластичной ленты, обладающей хорошей адгезией к глобулам испаренного материала и предотвращений их осаждение на поверхность полупроводниковой пластины (рис. 9.10, б). Удаление отходов при лазерном скрайбировании возможно локальной реакцией испаряемого с пластины материала с веществом, взаимодействующим с материалом пластины с образованием газообразного соединения материала подложки, которое удаляется вакуумной откачкой.



Рис. 9.10 Узлы защиты поверхности подложки при лазерном скрайбировании:

1 - фокусирующий объектив; 2 - подложка; 3 - лазерный пучок; 4 - трубопровод к вакуумному насосу; 5 - линия подачи газа; 6 - прозрачная эластичная лента или стекло для защиты объектива

Защиту поверхности пластины от осаждения продуктов воздействия лазерного излучения осуществляют посредством нанесения пленочного покрытия органическими материалами, например фоторезистом, который затем удаляется. После лазерного скрайбирования проводят УЗ-очистку в деионизованной воде.

Разламывание пластин после скрайбирования основано на создании растягивающих усилий, которые вызывают появление трещин вдоль нанесенных рисок.

Для разламывания пластин величина изгибающего напряжения S составляет:


, (9.3)


где - изгибающий момент;

h - длина ребра кристалла, получаемого при скрайбировании;

b - ширина пластины;

- толщина пластины;

k - коэффициент.

Величину (h/l)2 называют показателем способности к разламыванию. Оптимальная величина этого показателя должна быть равна 24.


Для разламывания пластин на кристаллы применяют ряд способов:


  1. Пластины после скрайбирования наклеивают на фольгу из пружинной стали толщиной 100 мкм и разламывают путем сгибания листа по определенному радиусу.

  2. Пластину с нанесенными рисками помещают между двумя листами фольги. Всю сборку располагают на мягкой подложке рисками вниз. Путем нажатия на обратную сторону пластины ее разламывают.

  3. Пластину с рисками помещают на резиновое основание и прокатывают сверху резиновым валиком в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

  4. Скрайбированные пластины помещают в конверт из пластичного материала. Конверт вакуумно-плотно закрывают и откачивают из него воздух, в результате чего возникает механическое воздействие на пластины и происходит их разламывание.

Характеристики существующих методов разделения полупроводниковых пластин приведены в табл. 9.7.

Таблица 9.7

Характеристики методов разделения полупроводниковых пластин

Параметры

Метод разделения

скрайбирование алмазным резцом

скрайбирование лазерным лучом

резка диском

Обрабатываемый

материал

Есть

ограничения

Любой

Любой

Максимально возможная скорость обработки кремния, мм/с

60

500

300

Максимальная скорость, обеспечивающая нормальное качество разделения, мм/с

25...60

200

до 150

Глубина реза, мкм

1...5

50... 170

10...500

Ширина реза, мкм

1...5

20...35

30...50

Обработка пластин с окислом

Не рекомендуется

Легко осуществима

Возможна

Качество граней

кристалла

Удовлетворительное

Удовлетвори-

тельное

Довольно

хорошее

Направление движения инструмента

Одностороннее

Двустороннее

Возможно двустороннее

Требования к точности

кристаллографической ориентации

Жесткие

Умеренные

-

Загрязнение поверхности

пластины продуктами

испарения

Незначительное

Весьма существенное

Умеренное

Максимальный выход

годных схем после разделения, %

98

99,5

99,5









Схожі:

Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconДокументи
1. /LazernayaIelektronnoluchevayaObrabotkaMaterialov/Рыкалин Н.Н. - Лазерная и электроннолучевая...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconПротокол «Эталон Обработка»
«Эталон Обработка» вести только по этой версии инструкции. Если какой-то материал в настоящее время находится в обработке по более...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconРазработка урока по техническому труду по теме: обработка древесины подготовила: учитель технического труда дош№100
Обучающая: обобщить полученные учащимися знания, умения и навыки по теме «Обработка древесины», выявить достижения и пробелы в знаниях,...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconОгнетушители аэрозольные сот-1 и сот-5
Предназначены для тушения и локализации пожаров, твердых горючих материалов, легковоспламеняющихся жидкостей, электроизоляционных...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconПоложение о порядке утверждения, хранения экзаменационных материалов маоу «Карабашская сош»
Данное Положение регулирует порядок утверждения и хранения аттестационных материалов для проведения экзаменов по выбору выпускников...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconОтвет: механическая
После встречи со старым знакомым он погрузился в воспоминания о былом, шел, не замечая ни встречных людей, ни домов, мимо которых...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconЧастный предприниматель (044) 233-07-86, (044) 541-06-09
Сушильный шкаф снол 58/350 предназначен для сушки различных материалов, проведения аналитических работ в воздушной среде, нормализации...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconЧастный предприниматель (044) 233-07-86, (044) 541-06-09
Сушильный шкаф снол 58/350 предназначен для сушки различных материалов, проведения аналитических работ в воздушной среде, нормализации...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconЧастный предприниматель (044) 233-07-86, (044) 541-06-09
Сушильный шкаф снол 67/350 электропечь предназначена для просушки различных материалов, проведения аналитических работ в воздушной...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconШкаф сушильный снол 67/350 И4
Сушильный шкаф снол 67/350 электропечь предназначена для просушки различных материалов, проведения аналитических работ в воздушной...
Механическая обработка полупроводниковых материалов Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков iconПьеро (бьёт Арлекина, тот падает)
Вокруг башни замерли марионетки персонажи спектакля. Звучит механическая музыка, марионетки двигаются в такт. Музыка смолкает, бьют...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©te.zavantag.com 2000-2017
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи