RU2385218C1 - Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals - Google Patents

Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals Download PDF

Info

Publication number
RU2385218C1
RU2385218C1 RU2008148359/02A RU2008148359A RU2385218C1 RU 2385218 C1 RU2385218 C1 RU 2385218C1 RU 2008148359/02 A RU2008148359/02 A RU 2008148359/02A RU 2008148359 A RU2008148359 A RU 2008148359A RU 2385218 C1 RU2385218 C1 RU 2385218C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
crystals
coating
separation
depth
Prior art date
Application number
RU2008148359/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Жуков (RU)
Юрий Николаевич Жуков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2008148359/02A priority Critical patent/RU2385218C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2385218C1 publication Critical patent/RU2385218C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dicing (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electronics engineering and can be used to produce crystals of thermal transducers and thermometers. Proposed method comprises forming marks by diamond cutter on plate surface and separation by bending the plate. Note here that marks are formed on both sides of the plate. Marks arranged on plate side extended in separation, are formed to depth of 1.1 to 1.3 of coat thickness, while those on contracted side are formed to depth of 2.5 to 3.0 of coat thickness.
EFFECT: higher reliability and yield of ready crystals.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства изделий электронной техники, в частности, предназначено для разделения полупроводниковых пластин с двухсторонним тонкопленочным оптическим покрытием на кристаллы, которые используются для изготовления термодатчиков и термометров.The invention relates to the field of manufacture of electronic products, in particular, is intended for the separation of semiconductor wafers with a double-sided thin-film optical coating into crystals, which are used for the manufacture of temperature sensors and thermometers.

Известен и широко используется способ разделения полупроводниковых пластин алмазным диском с наружной режущей кромкой (см. В.П.Запорожский, Б.А.Лапшинов. Обработка полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1988, С.184, см. с.106-111). Для пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием используется сквозное прорезание кругами с толщиной до 100 мкм, которое обеспечивает почти 100% выход кристаллов.Known and widely used is the method of separating semiconductor wafers with a diamond disk with an external cutting edge (see V.P. Zaporizhsky, B.A. Lapshinov. Processing of semiconductor materials. M: Higher school, 1988, P.184, see p. 106 -111). For plates with a double-sided thin-film coating, through cutting is used in circles with a thickness of up to 100 μm, which provides almost 100% crystal yield.

Но этот способ при высокой надежности разделения пластин на кристаллы имеет недостатки:But this method with high reliability of the separation of the plates into crystals has the disadvantages:

- кристаллы имеют сколы до 15-18 мкм и дефектную зону до 0,1 мм вдоль сторон (см. В.П.Запорожский. С.110), что недопустимо для кристаллов с оптическим покрытием;- crystals have chips up to 15-18 microns and a defective zone up to 0.1 mm along the sides (see V.P. Zaporizhsky. P.110), which is unacceptable for crystals with an optical coating;

- при раскрое пластины на кристаллы, например, размером 2×2 мм, механические отходы материала пластины на величину реза (~100 мкм) составляют ~ 20%.- when cutting a plate into crystals, for example, 2 × 2 mm in size, the mechanical waste of the plate material by the cut value (~ 100 μm) is ~ 20%.

За прототип выбран способ разделения полупроводниковых пластин на кристаллы, у которого технологические отходы материала пластины при разделении близки к нулю процентов. Способ состоит в нанесении рисок на поверхность пластины алмазным лезвийным инструментом глубиной 10-20 мкм, по которым в дальнейшем происходит разделение на кристаллы изгибом пластины с нулевым расходом материала на зону разделения (см. В.П.Запорожский. С.86-95). Кристаллы, получаемые таким способом из полупроводниковых пластин без покрытия в отлаженном технологическом процессе, не содержат вдоль сторон трещин и сколов.For the prototype, a method was selected for separating semiconductor wafers into crystals, in which the technological waste of the wafer material during separation is close to zero percent. The method consists in applying marks to the surface of the plate with a diamond blade tool with a depth of 10-20 μm, according to which thereafter, the crystals are divided into crystals by bending the plate with zero material consumption into the separation zone (see V.P. Zaporizhsky. P.86-95). The crystals obtained in this way from uncoated semiconductor wafers in a streamlined process do not contain cracks and chips along the sides.

Наиболее распространено осуществление этого способа ребром алмазного инструмента (см. В.П.Запорожский. С.88), являющимся четырехгранной или трехгранной пирамидой. Данный вариант предполагает формообразование риски на поверхности пластины за один проход инструмента (см. В.П.Запорожский. С.93) и с большим углом (до 140°) треугольного сечения риски, что уменьшает площадь оптического покрытия у кристалла. Незатупившийся инструмент позволяет получить риски, не содержащие сколов и трещин.The most common implementation of this method is the edge of a diamond tool (see V.P. Zaporizhsky. P.88), which is a tetrahedral or trihedral pyramid. This option involves the formation of risks on the surface of the plate in one pass of the tool (see V.P. Zaporizhsky. S.93) and with a large angle (up to 140 °) of triangular cross section risks, which reduces the optical coating area of the crystal. A dull tool allows you to get risks that do not contain chips and cracks.

Известен и второй вариант осуществления способа формообразования рисок гранью четырех- или трехгранной пирамиды, когда формообразование качественной риски осуществляется не менее чем двумя проходами инструмента (прямым и обратным ходом инструмента), так как первым проходом инструмента нельзя получить качественной, не содержащей сколов, риски (см. А.С. №1271301. Способ скрайбирования полупроводниковых пластин и резец для его осуществления. 1986). Этот вариант позволяет получить более узкую риску, с углом треугольного сечения 90°.There is a second variant of the method of forming shapes with faces of a four- or three-sided pyramid, when qualitative risks are formed by at least two tool passes (forward and backward strokes of the tool), since the first pass of the tool cannot produce high-quality, chip-free risks (see AS No. 1271301. A method of scribing semiconductor wafers and a cutter for its implementation. 1986). This option allows you to get a narrower risk, with a triangular angle of 90 °.

И первый, и второй вариант осуществления способа разделения на кристаллы полупроводниковых пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием обеспечивает невысокий выход годных кристаллов, который не превышает ~ 20% из-за затрудненности разделения пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием изгибом пластины.Both the first and second embodiments of the method of separation of crystals of semiconductor wafers with a double-sided thin-film coating provides a low yield of crystals, which does not exceed ~ 20% due to the difficulty of separating wafers with a double-sided thin-film coating by bending the plate.

Большинство тонкопленочным оптических покрытий, наносимые на кремниевые пластины термическим способами, имеют коэффициент температурного линейного расширения больший, чем у кремния. Поэтому после нанесения покрытия и охлаждения в покрытии возникают напряжения растяжения, а в кремнии - напряжения сжатия (фиг.1). Если пластину с покрытием и нанесенными рисками с глубиной больше, чем толщина покрытия, попытаться разделить на кристаллы по рискам путем изгиба, то для разделения потребуется приложить нагрузки на пластину в несколько раз большие, чем для пластины без покрытия, то есть при нанесении покрытия пластина упрочняется и ее прочность резко возрастает. Фактически это низкая надежность разделения пластины с двухсторонним покрытием на кристаллы и низкий процент годных кристаллов из-за разделения не по риске.Most thin-film optical coatings applied to silicon wafers by thermal methods have a coefficient of thermal linear expansion greater than that of silicon. Therefore, after coating and cooling, tensile stresses occur in the coating, and compression stresses occur in silicon (Fig. 1). If a plate with a coating and the applied risks with a depth greater than the thickness of the coating, try to divide into crystals by risk by bending, then for separation it will be necessary to apply loads on the plate several times larger than for a plate without coating, that is, when coating is applied, the plate is hardened and its strength increases dramatically. In fact, this is a low reliability of separation of a double-coated plate into crystals and a low percentage of suitable crystals due to separation not at risk.

Сущность заявляемого способа разделения на кристаллы полупроводниковых пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием состоит в том, что для разделения используется новое состояние полупроводниковой пластины с двухсторонним тонкопленочным покрытием, а именно наличие напряжений сжатия в слое пластины, сопрягающемся с покрытием. Пластина без покрытия при разделении на кристаллы изгибом растягивается на стороне с рисками из-за напряжений растяжения и сжимается на противоположной стороне из-за напряжений сжатия. Трещина, по которой происходит отделение кристалла, распространяется из вершины риски к противоположной стороне пластины под действием растягивающих напряжений из-за изгиба пластины.The essence of the proposed method of separation into crystals of semiconductor wafers with a double-sided thin-film coating is that the new state of a semiconductor wafer with a double-sided thin-film coating is used for separation, namely, the presence of compression stresses in the wafer layer mating with the coating. An uncoated plate, when divided into crystals by bending, is stretched on the side with risks due to tensile stresses and is compressed on the opposite side due to compression stresses. The crack along which the crystal is separated propagates from the top of the risks to the opposite side of the plate under the action of tensile stresses due to the bending of the plate.

В пластине с двухсторонним тонкопленочным покрытием для того, чтобы разделить пластину по риске, необходимо создать в поверхностном слое пластины с риской растягивающие напряжения большие, чем в пластине без покрытия, на величину существующих в ней напряжений сжатия. Противоположная сторона пластины с покрытием должна при разделении сжиматься, а она уже находится в сжатом состоянии от покрытия. Чтобы произошел изгиб пластины для сжатой стороны, напряжения должны превышать необходимое значение.In a plate with a double-sided thin-film coating, in order to divide the plate at risk, it is necessary to create tensile stresses in the surface layer of the plate with risk greater than in the uncoated plate by the amount of compression stresses existing in it. The opposite side of the coated plate must be compressed during separation, and it is already in a compressed state from the coating. In order for the plate to bend for the compressed side, the stresses must exceed the required value.

Задачей заявляемого способа разделения на кристаллы полупроводниковых пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием, включающим формирование рисок алмазным лезвийным инструментом и разделение путем изгиба пластины, является обеспечение надежного разделения пластины с увеличением количества годных кристаллов.The objective of the proposed method of separation into crystals of semiconductor wafers with a double-sided thin-film coating, including forming a pattern with a diamond blade tool and separation by bending the plate, is to ensure reliable separation of the plate with an increase in the number of suitable crystals.

Диапазоны глубин рисок предписываются условиями последующего разделения пластины.The depth ranges of the notches are prescribed by the conditions for the subsequent separation of the plate.

Риска на растягиваемой при изгибе стороне пластины формируется с глубиной 1,1÷1,3 от толщины покрытия ребром пирамиды алмазного инструмента. Вершина риски должна располагаться в материале пластины, только в этом случае, при изгибе пластины, будет распространяться трещина от нее, по которой произойдет разделение, что обеспечивает минимальная глубина риски -1,1 от толщины покрытия. Максимальная глубина риски -1,3 от толщины покрытия гарантирует получение риски с минимальным количеством дефектов вдоль ее сторон, при формировании ее ребром алмазного инструмента. В этом диапазоне глубин рисок, в вершине риски напряжения сжатия, присутствующие под покрытием в пластине (фиг.1), будут сняты (см. М.Фрохт. Фотоупругость. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва-Ленинград. 1950, С.60, Фиг.2.18). Напряжения сжатия создает покрытие, риска удаляет покрытие и в оставшейся без покрытия части пластины, примыкающей к риске с глубиной 1,1÷1,3 от толщины покрытия, возникнут напряжения растяжения (см. фиг.2).The risk on the side of the plate stretched during bending is formed with a depth of 1.1 ÷ 1.3 of the coating thickness with the edge of the pyramid of the diamond tool. The top of the risks should be located in the plate material, only in this case, when the plate bends, a crack will propagate from it along which separation will occur, which ensures a minimum risk depth of -1.1 of the coating thickness. The maximum risk depth of -1.3 of the coating thickness ensures that risks are obtained with a minimum number of defects along its sides when forming a diamond tool edge. In this range of depths of the grooves, at the apex, the risks of compression stress present under the coating in the plate (Fig. 1) will be removed (see M. Frocht. Photoelasticity. State Publishing House of Technical and Theoretical Literature. Moscow-Leningrad. 1950, P.60 , Fig. 2.18). Compression stresses are created by the coating, the risk is removed by the coating and in the part of the plate that is left uncoated adjacent to the risk with a depth of 1.1–1.3 of the coating thickness, tensile stresses will arise (see FIG. 2).

На сжимаемой стороне при изгибе пластины с покрытием формируют риску с глубиной 2,5÷3,0 от толщины покрытия двумя проходами грани алмазной пирамиды. Минимальная глубина риски 2,5 от толщины покрытия определяется тем, что вершина этой риски располагается ниже зоны сжатия в пластине от покрытия, а глубина риски 3,0 от толщины покрытия располагается уже в недеформированной зоне пластины от покрытия. Весь диапазон глубин рисок на сжимаемой при разделении стороне пластины позволяет повысить надежность его за счет того, что деформации сжатия этой стороны пластины выполняются сближением сторон рисок при неизменных напряжениях в кристаллах.On the compressible side when bending the coated plate, a risk is formed with a depth of 2.5 ÷ 3.0 of the coating thickness by two passes of the diamond pyramid face. The minimum risk depth 2.5 of the coating thickness is determined by the fact that the peak of this risk is located below the compression zone in the plate from the coating, and the depth of risk 3.0 of the coating thickness is already in the undeformed plate area from the coating. The entire range of depths of the notches on the side of the plate that is compressible during separation allows one to increase its reliability due to the fact that the compression deformations of this side of the plate are performed by converging the sides of the notches at constant stresses in the crystals.

Способ поясняется следующими чертежами:The method is illustrated by the following drawings:

фиг.1 показывает распределение напряжений в пластине и покрытии, нанесенном с двух сторон кремниевой пластины и состоящем из ZnS.figure 1 shows the stress distribution in the wafer and the coating deposited on both sides of the silicon wafer and consisting of ZnS.

фиг.2 показывает пластину с двухсторонним тонкопленочным покрытием и с нанесенными рисками с разной глубиной. Распределение напряжений в пластине и покрытии на изменилось. В зоне расположения вершин рисок напряжения отсутствуют. В точках пересечения сторон рисок с промежуточным слоем между пластиной и покрытием в пластине возникают растягивающие напряжения с глубиной их распространения не более, чем 1,3 от глубины риски.figure 2 shows a plate with a double-sided thin-film coating and with risks with different depths. The stress distribution in the plate and coating has not changed. There are no stresses in the area of the peaks. At the points of intersection of the sides of the marks with an intermediate layer between the plate and the coating, tensile stresses arise in the plate with a depth of their propagation of not more than 1.3 from the depth of the risks.

фиг.3. Разделение полупроводниковой пластины с двухсторонним покрытием на кристаллы. Зона, свободная от сжимающих напряжений, до изгиба пластины ограничена точками 1, 2, 3, 4 - это зона распространения трещины при ее изгибе.figure 3. Separation of a double-coated semiconductor wafer into crystals. The zone free of compressive stresses before bending the plate is limited by points 1, 2, 3, 4 - this is the zone of propagation of a crack during its bending.

Осуществление способа состоит в формировании рисок с глубиной 1,1÷1,3 от толщины покрытия на растягиваемой при последующем изгибе стороне пластины и с глубиной 2,5÷3,0 от толщины покрытия на сжимаемой стороне.The implementation of the method consists in the formation of grooves with a depth of 1.1 ÷ 1.3 from the coating thickness on the side of the plate stretched during subsequent bending and with a depth of 2.5 ÷ 3.0 from the coating thickness on the compressible side.

Разделение пластины происходит изгибом пластины в целом, но при этом между соседними кристаллами наибольшую деформацию претерпевает материал пластины в зоне от риски с глубиной 1,1÷1,3 от толщины покрытия, где происходит его растяжение и зарождение трещины разделения до риски с глубиной 2,5÷3,0 от толщины покрытия, где происходит сжатие. Зона распространения трещины между кристаллами ограничена т. 1, 2, 3, 4 и линиями, соединяющими эти точки (фиг.3) в процессе изгиба пластины деформируется в большей степени и с меньшими нагрузками, чем сами кристаллы, которые находятся уже в деформированном состоянии. Нагрузка для изгиба всей пластины с двухсторонним тонкопленочным покрытием не превышает нагрузки для разделения пластины без покрытия. Надежность разделения высокая ~ 100% годных кристаллов.The separation of the plate occurs by bending the plate as a whole, but between the neighboring crystals, the plate material undergoes the greatest deformation in the zone from risks with a depth of 1.1 ÷ 1.3 of the coating thickness, where it stretches and the cracking of the separation occurs to risks with a depth of 2, 5 ÷ 3.0 of the thickness of the coating, where compression occurs. The crack propagation zone between the crystals is limited to t. 1, 2, 3, 4 and the lines connecting these points (Fig. 3) during the bending of the plate is deformed to a greater extent and with lower loads than the crystals themselves, which are already in a deformed state. The load for bending the entire plate with a double-sided thin-film coating does not exceed the load for separating the plate without coating. Reliability of separation is high ~ 100% suitable crystals.

Claims (1)

Способ разделения на кристаллы полупроводниковых пластин с двухсторонним тонкопленочным покрытием, включающий формирование рисок алмазным лезвийным инструментом на поверхности пластины и разделение, путем изгиба пластины, отличающийся тем, что риски формируют на обеих сторонах пластины, причем риски, располагаемые на растягиваемой при разделении стороне пластины, формируют на глубину 1,1÷1,3 от толщины покрытия, а на сжимаемой стороне - на глубину 2,5÷3,0 от толщины покрытия. A method of dividing into crystals of semiconductor wafers with a double-sided thin-film coating, comprising forming a pattern with a diamond blade tool on the wafer surface and separating by bending the wafer, characterized in that the risks are formed on both sides of the wafer, and the risks located on the stretched side of the wafer form to a depth of 1.1 ÷ 1.3 of the coating thickness, and on the compressible side to a depth of 2.5 ÷ 3.0 of the coating thickness.
RU2008148359/02A 2008-12-08 2008-12-08 Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals RU2385218C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148359/02A RU2385218C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148359/02A RU2385218C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2385218C1 true RU2385218C1 (en) 2010-03-27

Family

ID=42138339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148359/02A RU2385218C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2385218C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646301C2 (en) * 2016-07-04 2018-03-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for manufacturing round crystals with chamfer, device and blade tool for method implementation
RU2725527C1 (en) * 2019-08-20 2020-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method of separating a plate comprising plurality of crystals, sealed with compound layer, into separate microcircuits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗАПОРОЖСКИЙ В.П. и др. Обработка полупроводниковых материалов. - М.: Высшая школа, 1988, с.86-95. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646301C2 (en) * 2016-07-04 2018-03-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for manufacturing round crystals with chamfer, device and blade tool for method implementation
RU2725527C1 (en) * 2019-08-20 2020-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method of separating a plate comprising plurality of crystals, sealed with compound layer, into separate microcircuits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI646592B (en) Wafer laser stripping method
JP6235679B2 (en) Mechanical scoring and division of tempered glass
Wang et al. Prediction of sawing force for single-crystal silicon carbide with fixed abrasive diamond wire saw
TWI632014B (en) Method and apparatus of laser processing stock of brittle material
Gu et al. Effect of cutting tool geometries on the ductile-brittle transition of monocrystalline sapphire
KR20200102550A (en) Combined laser treatment of a solid body to be split
Zong et al. Theoretical modelling and FE simulation on the oblique diamond turning of ZnS crystal
RU2009144979A (en) METHOD FOR MANUFACTURING WIRE TAPE CONSISTING OF A LARGE NUMBER OF LOCATED PARALLEL TO ANOTHER WIRE WIRE THREADS, AND ALSO WIRE TAPE MANUFACTURED BY THIS METHOD
US11786995B2 (en) Nonplanar wafer and method for producing a nonplanar wafer
RU2385218C1 (en) Method to separate solid-state plates with two-sided thin-film coat into crystals
Vilar et al. Surface morphology and phase transformations of femtosecond laser-processed sapphire
Hou et al. On the ultra-precision fabrication of damage-free optical KDP components: mechanisms and problems
KR20190016527A (en) Method for dividing round planar plate formed of brittle material into a plurality of individual plates by using laser
TW201711971A (en) Scribing wheel having excellent intrusion properties toward highly hard and brittle material substrates
KR20170013157A (en) Method for forming vertical crack in brittle material substrate and method for dividing brittle material substrate
Gruber et al. Understanding the effect of surface flaws on the strength distribution of brittle single crystals
US20200017407A1 (en) Carriers for microelectronics fabrication
TWI474981B (en) Method for cutting a strengthened glass substrate accompanying control of compressive stress
Ogorodnikov et al. Simulation of defect zones in scribed silicon wafers
TW200944483A (en) Processing method of laminating glass substrate
KR20170026118A (en) Method of forming inclined cracks on brittle material substrate and method of dividing brittle material substrate
Liu et al. Experimental investigation of damage formation and material removal in ultrasonic assisted grinding of RBSiC
EP3201944B1 (en) Combined wafer production method with a multi-component receiving layer
WO2023243557A1 (en) Sic semiconductor device and method of manufacturing sic semiconductor device
RU2497643C2 (en) Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101209

PD4A Correction of name of patent owner
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130127

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130517

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151209