RU2012095C1 - Semiconductor chip manufacturing process - Google Patents

Abstract

FIELD: semiconductor engineering. SUBSTANCE: resistive-contact metal is applied to semiconductor strip with formed structures of semiconductor devices and shielding metal coat is made on top. Semiconductor strip is mechanically divided 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 and their alloys are used as resistive-contact metals. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых приборов, в частности, к разделению полупроводниковых (п/п) пластин на отдельные кристаллы. The invention relates to the manufacture of semiconductor devices, in particular, to the separation of semiconductor (p / p) wafers into individual crystals.

Известен способ разделения пластин, включающий нанесение на поверхность п/п пластины металла омического контакта, например ванадия. На поверхность ванадия наносят слой золота, пластину разделяют механическим путем на кристаллы с последующей промывкой в химическом травителе с целью удаления разрушенного слоя боковой поверхности кристалла. Получают с хорошим выходом кристаллы высоковольтной группы [1] . A known method of separating plates, including applying to the surface of the p / n plate of an ohmic contact metal, for example vanadium. A layer of gold is applied to the surface of the vanadium, the plate is mechanically separated into crystals, followed by washing in a chemical etchant to remove the destroyed layer of the side surface of the crystal. Crystals of the high-voltage group are obtained in good yield [1].

Недостатком данного способа является использование драгоценного металла-золота. The disadvantage of this method is the use of precious metal-gold.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ разделения п/п пластин, при котором на кремниевую пластину со сформированным p-n-переходом наносят слой металла омического контакта и сверху - защитный слой свинца, осуществляют механическое разделение платин на кристаллы, их промывку в травителе боковой поверхности и снятие защитного слоя свинца химическим путем [2] . Closest to the technical nature of the invention is a method for separating p / n wafers, in which an ohmic contact metal layer is applied to a silicon wafer with a formed pn junction and a lead protective layer is applied on top, platinum is mechanically separated into crystals, and they are washed in the etch of the side surface and removing the protective layer of lead by chemical means [2].

Недостатком данного способа разделения пластин является то, что удается получать в основном кристаллы низковольтных групп [2] . The disadvantage of this method of separation of the plates is that it is possible to obtain mainly crystals of low-voltage groups [2].

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 наносят также любым способом второй слой защитного металла, стойкого к травителю кремниевый пластин, например, свинец или золото. Пластину разделяют на отдельные кристаллы механическим путем, промывают в химическом травителе боковой поверхности, 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, в случае использования золота снятие осуществляют в царской водке. В этом случае раствор, содержащий золото, передают на регенерацию (выделение) золота. This is achieved by the fact that a base layer of Group VI-VIII groups or alloys thereof is applied by any means to the surface of the p / w plates, onto which also a second layer of protective metal, etching resistant silicon wafers, for example, lead or gold, is also applied. The plate is separated into individual crystals mechanically, washed in a chemical etchant on the side surface, protect their side surface with an organosilicon compound, and after curing the latter, the upper protective layer of the metal is removed by chemical means. In the case of using lead as the upper protective layer, it is removed in a peroxide solution of acetic acid; in the case of using gold, it is removed in aqua regia. In this case, the solution containing gold is transferred to the regeneration (allocation) of gold.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом бесфлюсовой 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 the planar surfaces of the 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 one to obtain high-voltage devices that are not inferior in terms of electrical parameters to p / p devices containing precious metals, for example, gold.

П р и м е р 1. На кремниевую пластину с p-n-переходом, нагретую до 300^оС в вакууме 1˙10^-8 торр, на обе стороны напыляют слой ванадия толщиной 0,5 мкм. На поверхность ванадия гальваническим путем наносят слой золота толщиной 1 мкм. Пластину разделяют алмазной пилой на отдельные кристаллы, кристаллы промывают в травителе HF : HNO³ = 1 : 4 в течение 45 с, а затем в 2-х ваннах с холодной и одной ванне горячей деионизированной воды, сушат и передают на сборку п/п приборов.EXAMPLE EXAMPLE 1. On a silicon wafer with pn-junction, heated to 300 ^{° C} in vacuo 1˙10 ^-8 torr, at both sides of the sprayed layer of vanadium 0.5 microns thick. A gold layer 1 μm thick is applied galvanically to the surface of vanadium. The plate is separated by a diamond saw into individual crystals, the crystals are washed in an etchant HF: HNO ³ = 1: 4 for 45 s, and then in 2 baths with cold and one bath of hot deionized water, dried and transferred to the assembly .

П р и м е р 2. На кремниевую пластину диаметром 40 мм с p-n-переходом и слоем химического никеля наносят гальваническим путем защитный слой свинца 4 мкм. Пластину разделяют алмазными пилами на отдельные кристаллы и промывают в травителе боковой поверхности HF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с. После промывки кристаллов в деионизованной воде промывают в растворе Н₂O₂ : CH₃COOH : H₂O = 2 : 1 : 1 до удаления свинца. Промытые в воде и высушенные кристаллы передают на сборку п/п приборов.PRI me R 2. On a silicon wafer with a diameter of 40 mm with a pn junction and a layer of chemical nickel, a protective layer of lead of 4 μm is galvanically applied. The plate is separated by diamond saws into individual crystals and washed in an etchant of the lateral surface HF: HNO ₃ = 1: 2 for 15 s. After washing the crystals in deionized water, they are washed in a solution of H ₂ O ₂ : CH ₃ COOH: H ₂ O = 2: 1: 1 until the lead is removed. Washed in water and dried crystals are transferred to the assembly of the semi-automatic devices.

П р и м е р 3. 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: никель сернокислый 18; натрий уксуснокислый 18; уксусная кислота 18; гипофосфит натрия 10 г/л. Условия никелирования: температура 75±2^оС, продолжительность 4,5 мин. После нанесения первого слоя никеля пластины промывают 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 слой никеля в тех же условиях. При времени никелирования 20 мин получают второй слой никеля толщиной 2,0 мкм. Промывка та же, что и в первом никелировании.PRI me R 3. 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 bath, g / l: nickel sulfate 18; sodium acetate 18; acetic acid 18; sodium hypophosphite 10 g / l. Nickel plating conditions: temperature 75 ± 2 ^о С, duration 4.5 min. After applying the first layer of nickel, the plates are washed in 2 baths of cold 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 second nickel layer 2.0 μm thick is obtained. The flushing is the same as in the first nickel plating.

На сплошной слой никеля на обе стороны пластины наносят слой гальванического свинца. Состав ванны свинцевания, мл/л: свинец борфтористоводородный 220; кислота борфтористоводородная 50; клей мездровый 0,5. Режим свинцевания: температура 18-55^оС, плотность тока 2 А/дм², напряжение 3 В, отношение поверхности анодной к катодной 2: 1. При выдержке 3 мин получают толщину свинцового покрытия 4 мкм. Пластины промывают так же, как и после никелирования и сушат. Пластину с двухслойным металлическим покрытием разделяют алмазной пилой на отдельные кристаллы, обрабатывают в травителе HF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с и промывают в холодной и горячей деионизованной воде.A galvanic lead layer is applied to a continuous nickel layer on both sides of the plate. The composition of the lead bath, ml / l: lead boron fluoride 220; hydrofluoric acid 50; glue 0.5. Lead mode: temperature 18-55 ^о С, current density 2 A / dm ² , voltage 3 V, ratio of the surface of the anode to cathode 2: 1. When holding for 3 minutes, a lead coating thickness of 4 μm is obtained. The plates are washed in the same way as after nickel plating and dried. The plate with a two-layer metal coating is separated by a diamond saw into individual crystals, treated in an etchant HF: HNO ₃ = 1: 2 for 15 s and washed in cold and hot deionized water.

На всех стадиях промывки в деионизованной воде качество промывки контролировали омностью воды на протоке, которая должна составлять величину не менее 1˙10¹⁰ мОм.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.

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 зазор между пленками заливают жидкий кремнийорганический компаунд 159-167 (СИЭЛ), отверждаемый по реакции гидридного полиприсоединения в присутствии катализатора Н₂РtCl₆отверждают 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 ч. Без разделения на отдельные кристаллы производят снятие защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂ : СН₃СООН : Н₂О = 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 adhesive PVC film is glued on top of the crystals so that the two opposite edges of the film are connected to each other, and a gap remains between the other opposite edges. A liquid organosilicon compound 159-167 (SIEL) is poured into the gap between the films, which is cured by the hydride polyaddition reaction in the presence of a Н ₂ РТCl ₆ catalyst and solidified at 100-110 ^о С for 12 hours. After polymerization, the PVC films are separated by soaking in acetone. Ciel cured film obtained crystals were washed with acetone, and further cured at 160-170 ^{° C} for 12 hours without separation to produce single crystals of lead removal of the protective layer solution H ₂ O _2:. CH ₃ COOH: H ₂ O = 2: 1: 1, for 20-30 s, rinsing in 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 4. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с p-n-p-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны и условия нанесения те же, что и в примере 2. При времени никелирования 4,4 мин получают слой никеля толщиной 0,5 мин. После никелирования и промывки на слой никеля наносят слой гальванического свинца. Состав ванны и условия те же, что и в примере 3. При плотности тока 3 А/дм², напряжении 5 В и продолжительности свинцевания 12 мин получают свинцовое покрытие толщиной 30 мкм.PRI me R 4. On both sides of a silicon wafer with a diameter of 60 mm and a thickness of 250-290 μm with a pnp 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 4.4 minutes, a nickel layer of 0.5 minute thickness is obtained After nickel plating and washing, a layer of plating lead is applied to the nickel layer. The composition of the bath and the conditions are the same as in example 3. 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 промывки в деионизованной воде пластину разделяют алмазной пилой на кристаллы и промывают в травителе НF : HNO₃ = 1 : 2 в течение 15 с. Кристаллы промывают в деионизованной воде, сушат, наклеивают на клеящую ПВХ пленку. Защиту боковой поверхности кристаллов СИЭЛом, его отверждение и снятие свинца осуществляют так же, как в примере 3. Время снятия 2-3 мин.After washing in deionized water, the plate is separated by a diamond saw into crystals and washed in the etchant HF: HNO ₃ = 1: 2 for 15 s. The crystals are washed in deionized water, dried, and glued onto a PVC adhesive film. 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 3. Removal time 2-3 minutes

Для 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 3. To improve the adhesion of the findings to the planar surfaces of the crystals during the assembly of the 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 3.

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 5. 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 наносят золотое гальваническое покрытие. Состав ванны золочения, л: кислота ортофосфорная 0,96; 25% -ный раствор аммиака - 8,0; 10% -ный раствор лимонной кислоты 16; 0,02% -ный раствор сернокислого таллия 0,14; 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^oС, плотность тока 0,4 А/дм², напряжение 3 В. 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 3.Example 5. On both surfaces of a silicon wafer with a diameter of 40 mm with a pn junction, a layer of tungsten 0.2 μm thick is applied by chemical deposition. 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. plates apply 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; 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 ^o C, current density 0.4 A / dm ² , voltage 3 V. With a gilding time of 5 min, a gold coating 1 μm thick is obtained. Rinsing, separation into crystals and protection of the lateral surface of the crystals with SIEL in the same way as in example 3.

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. The cured SIEL film 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 6. Нанесение никелевого покрытия и промывка как в примере 2. Толщина слоя никеля 2,5 мкм. На никелевое покрытие наносят слой гальванического золота толщиной 0,5 мкм. Состав ванны и режим золочения как в примере 5. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности СИЭЛом так же, как в примере 3. 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 6. The application of Nickel coating and washing as in example 2. The thickness of the Nickel layer of 2.5 μm. A nickel layer of 0.5 μm thickness is applied to the nickel coating. The composition of the bath and the gilding mode as in example 5. Rinsing, separation into crystals and protecting the side surface with SIEL as in example 3. A cured SIEL film with a 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 rubber 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 пластины, полученные по предлагаемому способу (примеры 3-6), аналогу (пример 1) и прототипу (пример 2) были использованы при сборке диодов в пластмассовых корпусах. Сборку и герметизацию приборов проводили по единой технологии с использованием одних и тех же материалов. Silicon plastic plates obtained by the proposed method (examples 3-6), analogue (example 1) and prototype (example 2) 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. При этом получаемые приборы 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 a high output. In this case, the resulting devices are not 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 и слоя металла защитного покрытия, механическое разделение полупроводниковой пластины, обработку в травителе образовавшихся боковых поверхностей с последующим химическим удалением слоя металла защитного покрытия, отличающийся тем, что дополнительно перед химическим удалением слоя металла защитного покрытия проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом, 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 and a metal layer of a protective coating to a semiconductor wafer with formed device structures, mechanically separating the semiconductor wafer, processing the formed side surfaces in the etchant, followed by chemical removal of the protective coating metal layer, characterized in that in addition, before the chemical removal of the metal layer of the protective coating, the formed side surfaces are protected stey polymeric compound, 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 металла защитного покрытия наносят толщиной 0,5 - 30,0 мкм. 3. The method according to p. 1, characterized in that the metal layer of the protective coating is applied with a thickness of 0.5 to 30.0 microns.

Images