RU2022406C1

RU2022406C1 - Device for chemical separation of semiconductor plates into chips

Info

Publication number: RU2022406C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Гринчевская; Ю.З. Чертков
Original assignee: Производственное объединение "ТОР"
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: manufacture of semiconductor devices. SUBSTANCE: device has working tank for etching in two media made in the form of two coaxial cylinders whose butt ands are joined through cone at angle of inclination of walls through maximum 60 deg. Lower cylinder bottom is made as detachable shell. Tank is provided with perforated holder and rod with end cap both mounted for reciprocating movement with aid of cyclic-rotation shaft and cam gear. Rod end is perforated and its diameter is equal to inner diameters of shell and contacting portion of lower cylinder. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение касается производства полупроводниковых приборов. The invention relates to the production of semiconductor devices.

Известен способ химического разделения на кристаллы, реализованный в устройстве типа ванны, заключающийся в том, что пластину разделяют на кристаллы путем травления кольцевых кремниевых областей в смеси азотной и плавиковой кислот [1]. A known method of chemical separation into crystals, implemented in a device such as a bath, which consists in the fact that the plate is divided into crystals by etching ring silicon regions in a mixture of nitric and hydrofluoric acids [1].

Недостатком данного способа является его низкая производительность и трудоемкость, так как требуется проведение предварительных операций. The disadvantage of this method is its low productivity and complexity, since it requires preliminary operations.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, выполненное в виде емкости для травления, в которую заливают травильный раствор N 1 и органическую промывочную жидкость N 2. Способ химического разделения полупроводниковых пластин на кристаллы осуществляется с использованием двуслойных жидкостей с различным удельным весом (плотностью) d₁ и d₂. Жидкость N 1 с удельным весом d₁ и жидкость N 2 с удельным весом d₂ удовлетворяют требованию d₁<d_2. Жидкостью N 1 являются травители на основе плавиковой, азотной и уксусной кислот, в которых растворяется кремний [2].The closest technical solution to the invention is a device made in the form of an etching tank into which etching solution N 1 and organic washing liquid N 2 are poured. The method of chemical separation of semiconductor wafers into crystals is carried out using two-layer liquids with different specific gravity (density) d ₁ and d ₂ . Liquid N 1 with specific gravity d ₁ and liquid N 2 with specific gravity d ₂ satisfy the requirement d ₁ <d _2. Liquid N 1 are etchants based on hydrofluoric, nitric, and acetic acids in which silicon is dissolved [2].

В качестве жидкости N 2 чаще всего используют органические растворители, в которых не происходит травление кристаллов после их попадания в жидкость. Organic solvents are most often used as liquid N 2, in which the etching of crystals does not occur after they enter the liquid.

В известном устройстве удельный вес пластины d₃ должен быть меньше d₁, чтобы пластина плавала в травителе, а d₄ отдельных кристаллов должны быть d₄>d₁>d₂, чтобы кристаллы после их вытравливания тонули в травителе и нейтральной жидкости.In the known device, the specific gravity of the plate d ₃ must be less than d ₁ so that the plate floats in the etchant, and d _{4 of} individual crystals must be d ₄ > d ₁ > d ₂ so that the crystals, after etching, sink in the etchant and a neutral liquid.

Недостатками известного устройства являются низкая производительность; неудобство в работе, так как при выгрузке кристаллов необходимо сливать жидкости из емкости, при этом трудно избежать перемешивания двух рабочих жидкостей; невозможно регулировать режимы травления; нет гарантии перехода кристаллов через границу двух жидкостей. The disadvantages of the known device are low productivity; inconvenience in operation, since when unloading crystals it is necessary to drain liquids from the tank, while it is difficult to avoid mixing two working liquids; it is impossible to adjust the etching modes; There is no guarantee that crystals will cross the border of two liquids.

Предложенное устройство позволяет разделять пластины на элементы независимо от их удельного веса. Ликвидация активного перемешивания жидкостей различной массы, приводящая к изменению течения процесса растравливания, обеспечивается за счет того, что границу их раздела располагают в узкой части емкости. The proposed device allows you to divide the plate into elements regardless of their specific gravity. The elimination of active mixing of liquids of various masses, leading to a change in the course of the etching process, is provided due to the fact that their interface is located in a narrow part of the tank.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для химического разделения, в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сбоку. In FIG. 1 schematically shows a device for chemical separation, in section; in FIG. 2 - the same side view.

Устройство для химического разделения полупроводниковых пластин содержит рабочую емкость 1, выполненную в виде двух коаксиальных цилиндров - верхнего 2 и нижнего 3, торцы которых соединены конусом 4 с углом наклона стенок 60 ± 1^о. На торце нижнего цилиндра 3 навинчен стакан 5. На крышке 6 посредством вала 7 крепится перфорированная кассета 8 с пазами 9 для загрузки пластин 10. Это могут быть пластины кремния с локально-нанесенными омическими контактами из кислотостойких металлов или локально-нанесенные кислотостойкие материалы на поверхность металлических деталей. Hа вал 7 крепится кулачок 11, который через рычаг 12, один конец которого закреплен на стойке 13, а другой входит в паз 14 штока 15, обеспечивает возвратно-поступательное движение штока 15. С помощью привода 16 вал 7 осуществляет вращение и сообщает кассете 8 качательное движение, одновременно приводя в работу кулачок 11, который передает возвратно-поступательное движение штоку 15.A device for the chemical separation of semiconductor wafers contains a working tank 1, made in the form of two coaxial cylinders - the upper 2 and lower 3, the ends of which are connected by a cone 4 with an angle of inclination of the walls of 60 ± 1 ^about . A cup 5 is screwed on the end of the lower cylinder 3. A perforated cassette 8 with grooves 9 is mounted on the cover 6 by means of a shaft 7 for loading the plates 10. These can be silicon plates with locally deposited ohmic contacts made of acid-resistant metals or locally deposited acid-resistant materials on the surface of metal details. A cam 11 is mounted on the shaft 7, which, through a lever 12, one end of which is fixed to the stand 13 and the other enters the groove 14 of the rod 15, provides for the reciprocating movement of the rod 15. Using the drive 16, the shaft 7 rotates and informs the cartridge 8 movement, while driving the cam 11, which transmits reciprocating motion to the stem 15.

Нижний цилиндр 3 емкости 1 имеет конусную часть 17, расположенную на его внутренней поверхности. Периметр меньшего диаметра конуса совпадает с границей раздела заливаемых в емкость двух технологических жидкостей. Данная кромка (периметр) меньшего диаметра конуса является ориентиром границы двух жидкостей. The lower cylinder 3 of the tank 1 has a conical part 17 located on its inner surface. The perimeter of the smaller diameter of the cone coincides with the interface between the two process fluids poured into the tank. This edge (perimeter) of the smaller diameter of the cone is a reference point for the boundary of two liquids.

Угол конусной части 17 выполнен равным углу наклона поверхности заглушки 18, смонтированной на штоке 15. The angle of the conical part 17 is made equal to the angle of inclination of the surface of the plug 18 mounted on the rod 15.

Нижняя часть 19 заглушки 18 выполнена цилиндрической с возможностью свободного входа ее во внутреннюю полость нижнего 3 цилиндра и стакана 5, навинченного на этот цилиндр. Угол наклона стенок емкости 1 выбран экспериментально - не более 60±1^о. Данный угол обеспечивает быстрое скопление кристаллов на дне емкости.The lower part 19 of the plug 18 is cylindrical with the possibility of free entry into the inner cavity of the lower 3 cylinder and the glass 5, screwed onto this cylinder. The angle of inclination of the walls of the tank 1 was chosen experimentally - not more than 60 ± 1 ^about . This angle provides a rapid accumulation of crystals at the bottom of the tank.

Устройство для химического разделения пластин на кристаллы работает следующим образом. A device for the chemical separation of plates into crystals works as follows.

Шток 15 опускается до упора вниз. На его верхнюю часть надевают груз 20, который обеспечивает надежное перекрытие нижнего отверстия емкости 1 от стакана 5. The rod 15 is lowered all the way down. A load 20 is put on its upper part, which provides reliable overlap of the lower opening of the container 1 from the glass 5.

В емкость наливают необходимый объем травителя, а в стакан 5 - нейтральную жидкость, стакан прикрепляют, например привинчивают, к нижнему 3 цилиндру емкости, обеспечивая тем самым надежное соединение, препятствующее вытеканию жидкостей на стыке двух поверхностей. The required volume of the etchant is poured into the container, and a neutral liquid is poured into the glass 5, the glass is attached, for example, screwed to the lower 3 cylinder of the container, thereby ensuring a reliable connection that prevents the flow of liquids at the junction of two surfaces.

Подлежащие травлению кремниевые пластины 10 со сформированными порошками для растравливания помещают в пазы 9 кассеты 8, которую опускают в емкость 1 для травления и закрепляют на валу 7. The silicon wafers 10 to be etched with the formed etching powders are placed in the grooves 9 of the cartridge 8, which is lowered into the etching container 1 and fixed on the shaft 7.

Посредством двигателя 16 кассете 8 сообщается качательное движение с частотой 20-25 кач/мин, одновременно с этим приводится в возвратно-поступательное движение толкатель, груз 20 предварительно снимается. By means of the engine 16, the cassette 8 is provided with a swinging motion with a frequency of 20-25 kach / min, at the same time, the pusher is driven back and forth, the load 20 is previously removed.

В процессе вытравливания кристаллов из пластины кристаллы по конусным поверхностям собираются в узкой зоне на границе контакта двух жидкостей и с помощью штока в случае, когда кристаллы не преодолевают границу раздела жидкостей, проталкиваются в стакан 5 с нейтральной жидкостью. In the process of etching the crystals from the plate, the crystals on conical surfaces are collected in a narrow zone at the interface between two liquids and, using the rod, when the crystals do not cross the interface, are pushed into a glass 5 with a neutral liquid.

После вытравливания всех кристаллов из пластин останавливают движение кассет и штока. Шток освобождают от кулачка, опускают до упора вниз и вновь надевают груз, способствующий перекрытию нижнего отверстия емкости 1. Таким образом, емкость закрывается. Стакан 5 откручивают, извлекают из него кристаллы в нейтральной жидкости и передают их на последующую обработку. After etching all the crystals from the plates, the movement of the cassettes and the rod is stopped. The rod is released from the cam, lowered all the way down and again put on the load, contributing to the overlapping of the lower opening of the container 1. Thus, the container is closed. The glass 5 is unscrewed, crystals are removed from it in a neutral liquid and transferred to subsequent processing.

Цикл травления повторяют с новой загрузкой полупроводниковых пластин и новой порцией нейтральной жидкости. Травитель используется многократно. The etching cycle is repeated with a new load of semiconductor wafers and a new portion of a neutral liquid. Etchant is used repeatedly.

Устройство обеспечивает вытравливание кристаллов с различным удельным весом. Этому способствует коническая форма емкости с углом наклона 60±1^о стенок, что обеспечивает скопление кристаллов в узкой части цилиндров и периодическое их погружение в нейтральную жидкость с помощью штока.The device provides etching crystals with different specific gravity. This is facilitated by the conical shape of the container with an angle of inclination of 60 ± 1 ^{about the} walls, which ensures the accumulation of crystals in a narrow part of the cylinders and their periodic immersion in a neutral liquid using a rod.

Устройство обеспечивает высокопроизводительное автоматическое травление пластин кремния (15-20 тыс. кристаллов d ≈ 2,8-2 мм одновременно) с обеспечением повторяемости геометрических размеров (с точностью по 30 мкм по диаметру) и стабильными электрофизическими характеристиками, так как нет необходимости сливать обе жидкости для извлечения кристаллов из нейтральной жидкости, травильный раствор используется многократно. Объем нейтральной жидкости минимальный - 150-180 мкм. Эти факторы обеспечивают низкие затраты материалов. The device provides high-performance automatic etching of silicon wafers (15-20 thousand crystals d ≈ 2.8-2 mm at a time), ensuring repeatability of geometric dimensions (with an accuracy of 30 μm in diameter) and stable electrophysical characteristics, since there is no need to drain both liquids To extract crystals from a neutral liquid, the etching solution is used repeatedly. The minimum volume of neutral liquid is 150-180 microns. These factors provide low material costs.

Высокая точность обеспечения геометрических размеров кристаллов позволяет увеличить плотность упаковки кристаллов на пластине и съем годных изделий с одной пластины. Устройство просто в эксплуатации, надежно с точки зрения техники безопасности из-за контактирования в основном с нейтральной жидкостью. High accuracy of ensuring the geometric dimensions of crystals allows increasing the packing density of crystals on a plate and removing suitable products from one plate. The device is easy to operate, reliable from the point of view of safety due to contact mainly with a neutral liquid.

Claims

DEVICE FOR CHEMICAL SEPARATION OF SEMICONDUCTOR PLATES IN CRYSTALS, containing a working capacity, characterized in that the working capacity is made in the form of two coaxial cylinders, the ends of which are connected by a cone with an angle of inclination of the walls of not more than 60 ^o relative to the vertical axis, and the bottom of the lower cylinder is made in the form of a removable glass, the tank is additionally equipped with a cylindrical rod with a plug mounted with the possibility of reciprocating movement along the axis of the cylinders by cyclically rotating yuschegosya shaft and cam mechanism, and a perforated cartridge installed in the upper cylinder swingably, wherein the rod end is perforated, and its diameter equal to the inner diameter of a removable cup.