RU2012094C1 - Semiconductor chip manufacturing process - Google Patents

Abstract

FIELD: semiconductor engineering. SUBSTANCE: resistive-contact metal layer is applied to surface of semiconductor strip with shaped structures of semiconductor devices. Photoresist mask is formed on this layer along dividing tracks. Mechanical shielding layer is applied to vacant sections. Photoresist mask is removed. Strip is chemically separated into chips. Side surfaces formed in the process are covered with protective polymeric compound, shielding metal is chemically removed. Base metals of groups IY-YIII or their alloys are used as resistive- contact metals. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам разделения полупроводниковых пластин на отдельные кристаллы. The invention relates to microelectronics, in particular to methods for separating semiconductor wafers into individual crystals.

Известен способ разделения полупроводниковых (п/п) пластин на кристаллы, при котором на поверхности пластины формируют с использованием метода фотолитографии площадки благородного металла. После снятия фоторезиста пластины растравливают на отдельные кристаллы. Получают п/п кристаллы с хорошими омическими контактами, обеспечивающие получение высоковольтных приборов [1] . A known method of separating semiconductor (p / p) wafers into crystals, in which on the surface of the plate is formed using the method of photolithography of a noble metal site. After removing the photoresist, the plates are etched into individual crystals. Receive p / p crystals with good ohmic contacts, providing high-voltage devices [1].

Основным недостатком данного способа является использование дорогого благородного металла. The main disadvantage of this method is the use of expensive noble metal.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления п/п приборов, при котором на одну или обе стороны кремниевой пластины с p-n-переходом поочередно наносят слой никеля и золота. Причем золото наносят после нанесения рисунка с помощью фоторезиста. После удаления фоторезиста пластину разделяют на отдельные кристаллы травлением в химическом травителе. Верхний слой золота служит в данном способе защитой нижнего слоя никеля, выполняющего роль омического контакта, от химического травителя, в котором никель быстро растворяется, а также как металл омического контакта [2] . The closest in technical essence is the method of manufacturing p / p devices, in which a layer of nickel and gold is alternately applied to one or both sides of a silicon wafer with a p-n junction. Moreover, gold is applied after applying the pattern using photoresist. After removal of the photoresist, the plate is separated into individual crystals by etching in a chemical etchant. The upper layer of gold in this method serves to protect the lower layer of nickel, which plays the role of an ohmic contact, from a chemical etchant in which nickel dissolves quickly, as well as an ohmic contact metal [2].

Недостатком данного способа является использование в качестве защитного слоя драгоценного металла. The disadvantage of this method is the use of a precious metal as a protective layer.

Целью изобретения является получение п/п кристаллов, применяемых в производстве высоковольтных п/п приборов, без использования драгоценных металлов. The aim of the invention is to obtain p / p crystals used in the production of high-voltage p / p devices, without the use of precious metals.

Это достигается тем, что на поверхность п/п пластин наносят любым способом слой неблагородного металла VI-VIII групп или их сплавы, на который через маску фоторезиста наносят любым способом второй слой защитного металла, стойкого к травителю кремниевых пластин, например свинец. После удаления фоторезиста пластину разделяют в травителе на отдельные кристаллы, защищают их боковую поверхность кремнийорганическим компаундом и после отверждения последнего производят снятие верхнего защитного слоя металла химическим путем. В случае использования свинца в качестве верхнего защитного слоя снятие его производят в перекисном растворе уксусной кислоты. This is achieved by the fact that a base layer of VI-VIII groups or their alloys is applied in any way to the surface of the p / w plates, onto which a second layer of protective metal resistant to the etchant of silicon wafers, for example, lead, is applied through a photoresist mask. After removal of the photoresist, the plate in the etchant is separated into individual crystals, their lateral surface is protected with an organosilicon compound, and after the latter has cured, the upper protective layer of the metal is chemically removed. In the case of using lead as the upper protective layer, it is removed in a peroxide solution of acetic acid.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом безфлюсовой пайки допускается дополнительное нанесение металла нижнего слоя на планарные поверхности кристаллов после снятия верхнего слоя. To improve ohmic contact during assembly of devices by flux-free brazing, additional deposition of the metal of the lower layer on planar surfaces of crystals after removing the upper layer is allowed.

Все технологические операции легко поддаются механизации и автоматизации, используются в технологии изготовления п/п приборов и не нуждаются в сложном специальном оборудовании. Однако, указанная последовательность технологических операций с использованием данных металлов, полимерных материалов и травителей позволяет получать высоковольтные приборы, не уступающие по своим электротехническим параметрам п/п приборам, содержащим в своем составе драгоценные металлы, например золото. All technological operations are easily mechanized and automated, are used in the manufacturing technology of semi-automatic devices and do not need sophisticated special equipment. However, the indicated sequence of technological operations using these metals, polymeric materials and etching agents allows to obtain high-voltage devices that are not inferior in terms of their electrical parameters to p / n devices containing precious metals, for example gold.

П р и м е р 1. Прототип. На кремниевую пластину с p-n-переходом гальваническим способом наносят слой никеля толщиной 1 мкм. На никелевую поверхность с помощью фоторезиста наносят необходимый рисунок, на незащищенные участки никелевой поверхности - слой золота толщиной 1,5 мкм. После удаления фоторезиста пластины растравливают в травителе НF : HNO₃ = 1 : 9 на отдельные кристаллы, кристаллы промывают в 2-х ваннах холодной и одной горячей деионизованной воды, сушат и передают на сборку п/п приборов.PRI me R 1. Prototype. On a silicon wafer with a pn junction, a nickel layer 1 μm thick is applied by a galvanic method. The necessary pattern is applied to the nickel surface using photoresist, and a layer of gold 1.5 microns thick is applied to unprotected areas of the nickel surface. After removal of the photoresist, the plates are etched in the etchant HF: HNO ₃ = 1: 9 into individual crystals, the crystals are washed in 2 baths of cold and one hot deionized water, dried and transferred to the assembly of sub-devices.

П р и м е р 2. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 40 мм с p-n-переходом наносят слой химического никеля толщиной 0,5 мкм. Состав ванны никелирования, г/л: сернокислый никель 18; уксуснокислый натрий 18; уксусная кислота 18; гипофосфит натрия 10. Условия никелирования: температура 75±2^оС, продолжительность 4,5 мин. После нанесения первого слоя никеля пластины моют в 2, х ваннах холодной и одной ванне горячей деионизованной воды и сушат. Осуществляют вжигание первого слоя никеля в среде водорода или азота при 690^оС в течение 10 мин. После вжигания наносят второй слоя никеля в тех же условиях. При времени никелирования 20 мин получают слой никеля 2,0 мкм. Операции промывки те же, что и при первом никелировании. На всех стадиях промывки в деионизованной воде качество промывки контролировали омностью воды на протоке, которая должна составлять величину не менее 1˙10¹⁰ мОм. На сплошном слое никеля с обеих сторон пластины формируют необходимый рисунок круглых кристаллов из фоторезиста ФП-383. На незащищенные фоторезистом поверхности наносят слой гальванического свинца. Состав ванны свинцевания, мл/л: борфтористоводородный свинец 220; борфтористоводородная кислота 50; мездровый клей 0,5. Режим свинцевания: температура 18-25^оС, плотность тока 2 А/дм², напряжение 3 В, отношение поверхности анодной и катодной 2: 1. При времени выдержки в ванне 3 мин получают свинцовое покрытие толщиной 4 мкм. Пластины промывают в холодной и горячей деионизованной воде и сушат. После снятия фоторезиста в горячем диметилформамиде проводят химическое разделение пластин на кристаллы в травителе HF : HNO₃ = 1 : 9 в течение 25 мин.PRI me R 2. On both sides of a silicon wafer with a diameter of 40 mm with a pn junction put a layer of chemical nickel with a thickness of 0.5 μm. The composition of the Nickel plating bath, g / l: Nickel sulfate 18; sodium acetate 18; acetic acid 18; sodium hypophosphite 10. Nickel conditions: temperature 75 ± 2 ^о С, duration 4.5 min. After applying the first layer of nickel, the plates are washed in 2 x cold baths and one bath of hot deionized water and dried. Nickel is carried out by heating the first layer in a hydrogen or nitrogen environment at 690 ^{° C} for 10 min. After firing, a second layer of nickel is applied under the same conditions. At a nickel time of 20 minutes, a 2.0 μm nickel layer is obtained. The washing operations are the same as for the first nickel plating. At all stages of washing in deionized water, the quality of washing was controlled by the water resistance in the duct, which should be at least 1 × ^{10 10} mOhm. On a continuous nickel layer, on both sides of the plate, the necessary pattern of round crystals from the photoresist FP-383 is formed. A layer of galvanic lead is applied to unprotected photoresist surfaces. The composition of the lead bath, ml / l: hydrogen fluoride lead 220; hydrofluoric acid 50; glue 0.5. Svintsevaniya Mode: temperature 18-25 ^{° C,} a current density of 2 A / dm ^2, voltage of 3 V, the ratio of the surface of the anode 2 and cathode 1. When the holding time in the bath 3 minutes, a lead lining 4 microns thick. The plates are washed in cold and hot deionized water and dried. After removing the photoresist in hot dimethylformamide, a chemical separation of the plates into crystals is carried out in the etchant HF: HNO ₃ = 1: 9 for 25 minutes.

После промывки и сушки разделенные кристаллы наклеивают планарными поверхностями на клеящую поливинилхлоридную электроизоляционную ленту так, чтобы кристаллы не касались друг друга боковыми поверхностями. Сверху кристаллов наклеивают вторую клеящую ПВХ пленку так, чтобы два противоположных края пленки соединились друг с другом, а между другими противоположными краями остался зазор, в который заливают жидкий кремнийорганический компаунд 159-167 (СИЭЛ), отверждаемый по реакции гидридного полиприсоединения в присутствии катализатора Н₂РtCl₆ и отверждают при 100-110^оС в течение 12 ч. После полимеризации замачиванием в ацетоне отделяют ПВХ пленки. Полученную пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами промывают в ацетоне и дополнительно отверждают при 160-170^оС в течение 12 час. Без разделения на отдельные кристаллы производят снятие защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂ : CH₃COOH : H₂O = 2 : 1 : 1, в течение 20-30 с промывку в деионизованной воде и сушку. Механическим путем разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы, боковая поверхность которых защищена СИЭЛом и передают на сборку и герметизацию.After washing and drying, the separated crystals are glued with planar surfaces onto an adhesive PVC insulating tape so that the crystals do not touch each other with their side surfaces. A second PVC adhesive film is glued on top of the crystals so that the two opposite edges of the film are joined to each other, and there is a gap between the other opposite edges, into which liquid silicone compound 159-167 (SIEL) is filled, cured by the hydride polyaddition reaction in the presence of Н ₂ catalyst RtCl ₆ and cured at 100-110 ^{° C} for 12 hours. After soaking in acetone polymerization separated PVC film. Ciel cured film obtained crystals were washed with acetone, and further cured at 160-170 ^{° C} for 12 hours. Without separation into individual crystals, the protective layer of lead is removed in a solution of H ₂ O ₂ : CH ₃ COOH: H ₂ O = 2: 1: 1, washing for 20-30 seconds with deionized water and drying. Mechanically, the SIEL film with crystals is separated into individual crystals, the side surface of which is protected by SIEL and transferred to assembly and sealing.

П р и м е р 3. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с p-n-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны и условия нанесения те же, что и в примере 2. При времени никелирования 4,5 мин получают слой никеля толщиной 0,5 мкм. После никелирования и промывки на слой никеля формируют с двух сторон пластины из фоторезиста необходимый рисунок квадратных кристаллов. На незащищенные фоторезистом участки наносят слой гальванического свинца. Состав ванны и условия те же, что и в примере 2. При плотности тока 3 А/дм², напряжении 5 В и продолжительности свинцевания 12 мин получают свинцовое покрытие толщиной 30 мкм.PRI me R 3. On both sides of a silicon wafer with a diameter of 60 mm and a thickness of 250-290 μm with a pn junction, a layer of chemical nickel is applied. The composition of the bath and the application conditions are the same as in Example 2. At a nickel time of 4.5 minutes, a nickel layer 0.5 μm thick is obtained. After nickel plating and washing on a nickel layer, the necessary pattern of square crystals is formed on both sides of the photoresist plate. A layer of galvanic lead is applied to unprotected photoresist sites. The composition of the bath and the conditions are the same as in Example 2. At a current density of 3 A / dm ² , a voltage of 5 V, and a lead time of 12 minutes, a lead coating 30 μm thick is obtained.

После снятия фоторезиста производят частичное предтравливание пластин в травителе НF : HNO₃ = 1 : 7 на глубину 20-30 мкм с каждой стороны. Подтравленные пластины промывают в деионизованной воде, сушат, наклеивают одной стороной на липкую кислотостойкую пленку и растравливают в том же травителе окончательно на отдельные кристаллы. Кристаллы, закрепленные на пленке, промывают в деионизованной воде, сушат и заклеивают сверху второй липкой ПВХ лентой. Защиту боковой поверхности кристаллов СИЭЛом, его отверждение и снятие свинца осуществляют так же, как в примере 2. Время снятия 2-43 мин.After removing the photoresist, partial etching of the plates in the etchant HF: HNO ₃ = 1: 7 to a depth of 20-30 μm on each side is performed. Etched plates are washed in deionized water, dried, glued on one side to a sticky, acid-resistant film, and finally etched in the same etchant to separate crystals. The crystals fixed on the film are washed in deionized water, dried and sealed on top with a second sticky PVC tape. The protection of the lateral surface of the crystals by SIEL, its curing and removal of lead is carried out in the same way as in example 2. Removal time 2-43 minutes

Для некоторого улучшения адгезии выводов к планарным поверхностям кристаллов при сборке приборов допускается дополнительное нанесение слоя химического никеля. На выход высоковольтных групп приборов дополнительное покрытие металлом первого слоя не влияет. Для этого пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами помещают на 3-5 мин в ванну химического никелирования, промывают в горячей и холодной деионизованной воде и сушат. Состав ванны и условия никелирования те же, что и в примере 2. For some improvement in the adhesion of leads to planar surfaces of crystals during assembly of devices, an additional deposition of a layer of chemical nickel is allowed. The additional metal coating of the first layer does not affect the output of the high-voltage groups of devices. For this, a cured SIEL film with crystals is placed for 3–5 min in a chemical nickel plating bath, washed in hot and cold deionized water, and dried. The composition of the bath and the conditions of nickel plating are the same as in example 2.

Разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы и передают на сборку. Separate the SIEL film with crystals into individual crystals and transfer them to the assembly.

П р и м е р 4. На обе поверхности кремниевой пластины диаметром 40 мм с p-n-переходом методом химического осаждения наносят слой вольфрама толщиной 0,2 мкм. Режим осаждения: температура кремниевой подложки 460^оС, температура лодочки с гексахлоридом вольфрама 100^оС, температура угольного нагревателя 700^оС, скорость подачи водорода 2 л/мин, расстояние от угольного нагревателя до пластины 1 см. На сплошной слой вольфрама на обе стороны пластины формируют из фоторезиста необходимый рисунок.PRI me R 4. On both surfaces of a silicon wafer with a diameter of 40 mm with a pn junction by a chemical deposition method, a layer of tungsten with a thickness of 0.2 μm. Deposition mode: the temperature of the silicon substrate 460 ^C. boat temperature with tungsten hexachloride 100 ^{° C,} the coal temperature of the heater ^700, the hydrogen feed rate of 2 l / min, the distance from the coal heater to a plate of 1 cm on a solid layer of tungsten on both sides. the plates form the necessary pattern from the photoresist.

На незащищенную поверхность наносят золотое гальваническое покрытие. Состав ванны золочения, л: ортофосфорная кислота 0,96; 25% -ный раствор аммиака 8,0; 10% -ный раствор лимонной кислоты 16; 0,02% -ный раствор сернокислого таллия 0,14 л; дициано-1-аурат калия - 0,945-1,555 кг. Объем дистиллированной воды в ванне 70 л, рН 6,0-6,5 поддерживается и корректируется добавлением раствора аммиака или ортофосфорной кислоты. Условия золочения: температура 50±5^оС, плотность тока 0,4 А/дм², напряжение 3В. При времени золочения 5 мин получают золотое покрытие толщиной 1 мкм. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности кристаллов СИЭЛом так же, как в примере 2. Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллами помещают в царскую водку на 1-2 мин для снятия золота, промывают деионизованной водой и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию.An unprotected surface is coated with a gold plating. The composition of the gilding bath, l: phosphoric acid 0.96; 25% ammonia solution 8.0; 10% citric acid solution 16; 0.02% solution of thallium sulfate 0.14 l; potassium dicyano-1-aurate - 0.945-1.555 kg. The volume of distilled water in the bath is 70 l, pH 6.0-6.5 is maintained and adjusted by the addition of a solution of ammonia or phosphoric acid. Gilding conditions: temperature 50 ± 5 ^о С, current density 0.4 A / dm ² , voltage 3V. At a gilding time of 5 minutes, a gold plating 1 μm thick is obtained. Rinsing, separation into crystals and protecting the lateral surface of the crystals with SIEL as in Example 2. A cured SIEL with crystals was placed in aqua regia for 1-2 minutes to remove gold, washed with deionized water and dried. Ciel film is cut into individual crystals and transferred to assembly and sealing.

П р и м е р 5. Нанесение никелевого покрытия, промывка и фотолитография как в примере 2. Толщина слоя никеля 2,5 мкм. На незащищенные поверхности никелевого покрытия наносят слой гальванического золота толщиной 0,5 мкм. Состав ванны и режим золочения как в примере 4. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности СИЭЛом так же, как в примере 2. Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллом помещают в царскую водку на 40-60 с для снятия золота, промывают в деионизованной воде и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию. Раствор снятого с кристаллов золота в царской водке поступает на регенерацию. PRI me R 5. The application of Nickel coating, washing and photolithography as in example 2. The thickness of the Nickel layer of 2.5 μm. An unprotected surface of the nickel coating is coated with a 0.5 μm thick galvanic gold layer. The composition of the bath and the gilding mode as in example 4. Rinsing, separation into crystals and protecting the side surface with SIEL as in example 2. The cured SIEL film with the crystal is placed in aqua regia for 40-60 s to remove gold, washed in deionized water and dried. Ciel film is cut into individual crystals and transferred to assembly and sealing. A solution of gold removed from crystals in aqua regia enters the regeneration.

В качестве защитного полимерного материала был использован кремнийорганический продукт "СИЭЛ" 159-167. Этот компаунд состоит из олигогидридсилоксома Г-5 общей формулы:
(CH₃)₃SiO

Si(CH₃)₃ где Х = 10-12 и винилсодержащих каучуков формулы C₂H₅O

где n = 3, m = 800-1200 или α, ω-бис(тривинилсилокси)полидиметилсилоксан (CH₂= CH)₃SiO

Si(CH= CH₂)₃ m = 800-1200
В качестве катализатора отверждения может быть использован раствор 1% -ной платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте (катализатор Спайера) или любой платиносодержащий катализатор, используемый для реакций гидридного отверждения.As a protective polymer material was used organosilicon product "SIEL" 159-167. This compound consists of oligohydridesiloxome G-5 of the general formula:
(CH ₃ ) ₃ SiO

Si (CH ₃ ) ₃ where X = 10-12 and vinyl rubbers of the formula C ₂ H ₅ O

where n = 3, m = 800-1200 or α, ω-bis (trivinylsiloxy) polydimethylsiloxane (CH ₂ = CH) ₃ SiO

Si (CH = CH ₂ ) ₃ m = 800-1200
As a curing catalyst, a solution of 1% platinum hydrochloric acid in isopropyl alcohol (Spier's catalyst) or any platinum-containing catalyst used for hydride curing reactions can be used.

Могут быть использованы для защиты боковой поверхности любые кремнийорганические материалы, позволяющие получать прочные, эластичные пленки. Такими продуктами могут быть низкомолекулярные каучуки или растворы каучуков перекисного или иного типа отверждения, мономерные или олигомерные композиции, отверждаемые как на холоду, так и при нагревании. Any organosilicon materials can be used to protect the side surface, which allows to obtain durable, flexible films. Such products may be low molecular weight rubbers or rubber solutions of peroxide or other type of curing, monomeric or oligomeric compositions, cured both in the cold and when heated.

Кремниевые п/п кристаллы, полученные по предлагаемому способу (примеры 2-5) и прототипу (пример 1) были использованы при сборке диодов в пластмассовых корпусах. Сборку и герметизацию приборов проводили по единой технологии с использованием одних и тех же материалов. Silicon p / p crystals obtained by the proposed method (examples 2-5) and prototype (example 1) were used in the assembly of diodes in plastic cases. The assembly and sealing of devices was carried out according to a single technology using the same materials.

Результаты классификации готовых приборов приведены в таблице. The classification results of finished devices are shown in the table.

Как следует из данных таблицы, предлагаемый способ разделения п/п пластин на кристаллы позволяет получать с большим выходом п/п диоды высоковольтных групп не содержащих драгоценные металлы в своем составе. При этом получаемые приборы нисколько не уступают по своим электрофизическим параметрам приборам, получаемым с использованием кристаллов, содержащих золото. As follows from the data in the table, the proposed method for dividing p / p plates into crystals makes it possible to obtain diodes of high voltage groups containing no precious metals with high output p / p. In this case, the resulting devices are in no way inferior in their electrophysical parameters to devices obtained using crystals containing gold.

Claims (3)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, включающий нанесение на полупроводниковую пластину со сформированными структурами приборов слоя металла омического контакта, создание на металле омического контакта защитной маски фоторезиста, нанесение на незащищенные фоторезистом участки слоя защитного металлического покрытия, удаление фоторезиста и химическое разделение полупроподниковой пластины, отличающийся тем, что дополнительно после разделения пластины проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом, химически удаляют защитное металлическое покрытие, а в качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы IV - VIII групп или их сплавы. 1. METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR CRYSTALS, including applying an ohmic contact metal layer to a semiconductor wafer with formed device structures, creating a photoresist protective mask on the ohmic contact metal, applying a protective metal coating layer to unprotected photoresist, removing the photoresist and chemical separation of the semi-conductive plate that, in addition, after separation of the plate, the formed side surfaces are protected by polymer ompaundom chemically remove the protective metal coating, and as the metal ohmic contact using base metals IV - VIII group or their alloys. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой металла омического контакта наносят толщиной 0,2 - 2,5 мкм. 2. The method according to p. 1, characterized in that the metal layer of the ohmic contact is applied with a thickness of 0.2 - 2.5 microns. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой защитного металлического покрытия наносят толщиной 0,5 - 30,0 мкм. 3. The method according to p. 1, characterized in that the protective metal coating layer is applied with a thickness of 0.5 to 30.0 microns.

Images