Технология изготовления кристаллов полупроводниковых интегральных микросхем (стр. 5 из 5)
1.8 Разламывание пластин на кристаллы
Разламывание пластин на кристаллы после скрайбирования осуществляется механически, приложив к ней изгибающий момент. Отсутствие дефектов кристаллов зависит от приложенного усилия, которое зависит от соотношения габаритных размеров и толщины кристаллов.
Наиболее простым способом является разламывание пластин на кристаллы валиком (рисунок 9). Для этого пластину 3 помещают рабочей поверхностью (рисками) вниз на мягкою гибкою (из резины) опору 4 и с небольшим давлением прокатывают ее последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях стальным или резиновым валиком 1 диаметром 10¸30 мм. Гибкая опора деформируется, пластина изгибается в месте нанесения рисок и ломается по ним. Таким образом, разламывание происходит в две стадии – вначале на полоски, затем на отдельные прямоугольные или квадратные кристаллы.
Рисунок 9 — Разламывание полупроводниковых пластин на кристаллы валиком: 1 — валик; 2 — защитная пленка; 3 — кристалл; 4 — опора
Валик должен двигаться параллельно направлению скрайбирования, иначе ломка будет происходить не по рискам. Брак может проявиться также в том случае, если полоски или отдельные кристаллы смещаются относительно друг друга в процессе ломки. Поэтому перед ломкой пластины покрывают сверху тонкой эластичной полиэтиленовой пленкой 2, что позволяет сохранить ориентацию кристаллов в процессе ломки и избежать произвольного разламывания и царапания друг друга. Смещения кристаллов можно также избежать, поместив пластину перед разламыванием в герметичный полиэтиленовый пакет и откачав из него воздух.
Рисунок 10 — Разламывание полупроводниковой пластины прокатыванием между валиками: 1 — пластина; 2 — упругий валик; 3 — защитная пленка; 4 — стальной валик; 5 — пленка-носитель
Пластину 1, расположенную рисками вверх, прокатывают между двумя цилиндрическими валиками: верхним упругим (резиновым) 2 и нижним стальным 4. Для сохранения первоначальной ориентации кристаллов пластину закрепляют на термопластичной или адгезионной пленке-носителе 5 и защищают ее рабочую поверхность полиэтиленовой или лавсановой пленкой 3.Расстояние между валиками, определяемое толщиной пластины, устанавливают, перемещая один из них.
При разламывании на сферической опоре (рисунок 11) пластину 2, расположенную между двумя тонкими пластичными пленками, помещают рисками вниз на резиновую диафрагму 3, подводят сверху сферическую опору 1 и с помощью диафрагмы пневмоническим и гидравлическим способами прижимают к ней пластину, которая разламывается на отдельные кристаллы. Достоинствами этого способа являются простота, высокая производительность, (ломка занимает не более 1¸1,5 мин) и одностадийность, а также достаточно высокое качество, т.к. кристаллы не смещаются относительно друг друга.
Таблица 5 — Глубина нарушенного слоя пластин кремния после различных видов механической обработки
| Вид обработки | Условия обработки | Глубина нарушенного слоя, мкм |
| Резка алмазным кругом с внутренней режущей кромкой | Зернистость режущей кромки АСМ 60/53;n=4000мин-1; подача 1мм/мин | 20 - 30 |
| Шлифование | Свободный абразив:суспензия порошка ЭБМ-10ЭБМ-5 | 11 – 157 – 9 |
| Шлифование, полирование | Связный абразивный кругАСМ – 28Алмазная паста:АСМ – 3АСМ – 1АСМ – 0,5 | 14 – 166 – 95 – 61 - 2 |
| Химико- механическое полирование | Суспензия аэросила, SiO2(зерно 0,04 – 0,3 мкм)Суспензия цеолита | 1 – 1,51 – 2 |
Часть II. Расчет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО ПРИПУСКА НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ
Z=ZГШ +ZТШ+ZПП+ZФП,
где Z – сумма припусков на обработку, ZГШ – припуск на грубую шлифовку, ZТШ – припуск на точную шлифовку, ZПП – припуск на предварительную полировку, ZФП – припуск на финишную полировку.
Z= (Δ+ HШ)* 2, HШ=k*dАБ;
где D - высота микронеровностей, HШ – высота нарушенного слоя, k– коэффициент нарушений (для шлифовкиk=2,5), dАБ – диаметр абразивного зерна.
Используем абразив M10: Δ = 25 мкм, dАБ=10 мкм (см. Таблица 3, Таблица 4):
ZГШ= (Δ + k* dАБ)*2=100 мкм
Используем абразив АСМ 3/2: Δ = 11 мкм, dАБ=3 мкм (см. Таблица 3, Таблица 4):
ZТШ= (Δ + k* dАБ)*2,=37 мкм
Для полировки k=1,7. Имеем:
ZПП= Δ + HШ , HШ= k*dАБ ,
Используем абразив АСМ 1/0,5: Δ = 7 мкм, dАБ =1 мкм (см. Таблица 3, Таблица 4):
ZПП= Δ + k*dАБ=8.7 мкм
Используем абразив АСМ 0,3/0,1: Δ = 0 мкм, dАБ=0,3 мкм (см. Таблица 3, Таблица 4):
ZФП= Δ + k*dАБ=0,51 мкм
Итак, значение суммарного припуска на механическую обработку:
Z=100+37+8,7+0,51= 146,21*10-6 м.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОЙ ТОЛЩИНЫ ЗАГОТОВКИ
l∑ = l+ Z,
где l – толщина заготовки, Z – суммарный припуск на механическую обработку: l∑ = 550* 10-6+ 146,21* 10-6 = 696,21* 10-6 м.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОЙ МАССЫ ЗАГОТОВКИ
m∑ = ρ* l∑* S,
где S – площадь заготовки, ρ= 2,3 г/см
– плотность кремния.m∑ = 2,3* 103* 696,21* 10-6* 0.0177 = 0,0283 кг
Масса обработанной заготовки:
m= ρ* l* S,
m= 2,3* 103* 550* 10-6* 0,0177 = 0,0223 кг
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО РАСХОДА МАТЕРИАЛА
a=106,066 мм n=a/2.5/4=1124
N1 = (N* 100%)/ (V2* n),
гдеN1– кристаллов на разделение,N – годовой план,V2 – выход годного по кристаллу, n -число кристаллов, которые могут быть нарезаны из 1 заготовки.
n= 1124
N1= (600000* 100%)/ (89%*1124) =599,
N2 = (N1* 100%)/ V1,
Где N2 – количество заготовок, запущенных на обработку,V1 - выход годного по обработке.
N2= (599* 100%)/ 81% =739.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОЙ МАССЫ МАТЕРИАЛА
M = N2* m∑,
M– исходная масса материала.
M = 739* 0,0223 = 16,479кг.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МАССЫ МАТЕРИАЛА
MП = (N* m) / n,
где MП – полезная масса материала.
MП = (600000*0,0223)/1124 =11,903кг.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛА
kИМ = MП/ M,
где kИМ – коэффициент использования материала.
KИМ =11,903/16,479 = 0,722
Заключение
мм2. чем больше площадь кристалла, тем более многоэлементную ИС можно на ней разместить. При одной и той же площади кристалла можно увеличить количество элементов, уменьшая их размеры и расстояния между ними.В курсовой работе был разработан технологический процесс для изготовления кристаллов полупроводниковых интегральных микросхем из монокристаллического кремния. При этом коэффициент использования материала для рассмотренных производственных условий составил 0,722. Это говорит о том, что технологичность производства находится на довольно высоком уровне, особенно на этапе обработки заготовок, т. к. выход годного по обработке равен 81%. Значение коэффициента использования материала довольно высоко, хотя данный технологический процесс был сравнительно недавно внедрен на производстве.
Список используемой литературы
1. Березин А.С., Мочалкина О.Р.: Технология и конструирование интегральных микросхем. — М. Радио и связь, 1983. — 232 с., ил.
2. Готра З. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. — М.: Радио и связь, 1991. — 528 с.: ил.
3. Коледов Л. А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. — М.: Радио и связь,1989. — 400 с., ил.
4. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование.: под ред. Л. А. Коледова. — М.: Высш. шк., 1984. — 231 с., ил.
5. СтепаненкоИ. П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000 — 488 с., ил.
6. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник ля вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 464 с.: ил.