Скрайбирование является одним из методов разделения пластин на кристаллы, заключающееся в том, что на поверхность полупроводниковой пластины резцом, лазерным лучом или другими способами наносят неглубокую риску (англ. scribe), вокруг которой концентрируются механические напряжения, ослабляющие материалы. Основным достоинством метода скрайбирования наряду с высокой производительностью и культурой производства является: малая ширина прорези, а, следовательно, и отсутствие потерь полупроводникового, материала, которых невозможно избежать при использовании других методов разделения пластины на кристаллы. Наиболее широко скрайбирование используют в планарной технологии изготовления ИС, когда на пластине уже сформированы полупроводниковые структуры.
Разделение осуществляется в две стадии: вначале пластины скрайбируют, для чего риски наносят между готовыми структурами по свободному полю в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а затем разламывают по рискам на прямоугольные или квадратные кристаллы. Операция разламывания производится на специальном технологическом оборудовании.
Качество скрайбирования при механическом создании риски резцом и последующей ломки в значительной степени зависит от состояния рабочей части алмазного резца. Работа резцов с изношенным режущим ребром или вершиной приводит к сколам при скрайбировании и некачественной ломке. Обычно скрайбирование выполняют резцами, изготовленными из натурального алмаза, которые по сравнению с более дешёвыми резцами из синтетических алмазов имеют большую стойкость. Наибольшее распространение получили резцы, имеющие режущую часть в форме трёхгранной или усеченной четырёхгранной пирамиды, режущими элементами которой являются ребра пирамиды.
Средняя стойкость резца (одного режущего ребра) при скрайбировании кремния составляет 25-40 пластин диаметром 100 мм (3500 резов). После скрайбирования 25 - 40пластин или при появлений сколов на пластине резец необходимо проконтролировать под микроскопом. Как показывает опыт, применять резцы с износом режущего ребра более 10-15 мкм нецелесообразно, так как они не обеспечивают качественного скрайбирования. Кроме того, при чрезмерном износе вершин режущего ребра их восстановление при переточке резца затруднено, к быстрому износу резца приводит скрайбирование пластин с покрытием из окисла кремния или ионного диэлектрика. На таких пластинах необходимо предусматривать специальную (без покрытия) дорожку полупроводникового материала шириной 50 - 75 мкм.
Широкое применение нацию также лазерное скрайбирование полупроводниковых пластин, при котором надрез (риска) образуется не механическим, а электрофизическим способом - путём испарения узкой полосы полупроводникового материала с поверхности пластины с помощью сфокусированного лазерного пучка, имеющего большую мощность излучения.
Скрайбирование лучом лазера имеет большое преимущество перед скрайбированием алмазным резцом: на рабочей поверхности пластины не происходит образования микротрещин и сколов вследствие отсутствия механического контакта "режущего инструмента" (лазерного луча) с полупроводниковым материалом; скорость скрайбирования может быть увеличена в несколько раз (до 100 - 200 мм/с) благодаря тому, что луч лазера всегда контактирует с поверхностью пластины; возможно скрайбирование пластин с любым, в том числе с диэлектрическим покрытием; возможно не только скрайбирование на различную глубину, но и сквозное разделение пластины (без последующего разламывания их на кристаллы).
Размеры риски - ширина и глубина, зона термического влияния лазерного луча, а также скорость скрайбирования и равномерность удаления материала по всей длине риски определяется скоростью перемещения пластин относительно лазерного луча, мощностью, частотой и длительностью импульсов лазерного излучения, а также размером сфокусированного пятна.
Современные установки лазерного скрайбирования позволяют получать риски шириной около 30 мкм и глубиной не менее 50 мкм при скорости скрайбирования свыше 50 - 100 мм/с. Зона термического воздействия лазерного излучения составляет при этом не более 50 - 75 мкм, включая ширину риски. Скрайбирование на большую глубину, в том числе сквозное разделение (на глубину до 200 мкм), выполняют с меньшей скоростью (5-10 мм/с).
К недостаткам лазерного скрайбирования следует отнести большую сложность и стоимость оборудования, а также необходимость специальных мер защиты рабочей поверхности от продуктов лазерной обработки, образующихся в процессе испарения материала под воздействием лазерного излучения.
^ Разделение разламыванием. Разламывание выполняется машинным или ручным способом. Ручное разламывание обычно позволяет получать больший выход, чем машинное. Так как при использовании многорезцовой головки производится одновременное скрайбирование всей пластины, ручное разламывание позволяет, если это понадобится, производить разламывание в любой последовательности. Обычное разламывание производится таким образом, чтобы на разделение одной пластины приходилось наименьшее число разламываний. Однако при ручном разламывании оператор может "почувствовать", когда необходимо дополнительное усилие, и затем в соответствии с этим может изменить последовательность. Например, если оказывается, что для разламывания по одной из длинных линий необходимо избыточное давление, оператор может быстро изменить последовательность и произвести сначала разламывание по белее короткой, линии. Поэтому после того, как пластина расколота на малые части, "трудная" линия будет разделена на части малой длины, благодаря чему разламывание коротких частей станет более простым. Другим преимуществом ручного разламывания является возможность Наблюдения оператором каждой линии в процессе разламывания, что позволяет обнаружить заблаговременно линии некачественного реза.
Линия реза коническим алмазным резцом должна, быть очень слабой, без следов образования узора из трещин. Избыточная нагрузка на резец проявляется в виде большого количества отщеплённых кусочков пластины. Образующиеся при этом трещины ц сколы образуют картину, похожую на выпадение инея; В зависимости от нагрузки такая картина может возникнуть в процессе скрайбирования либо сразу после него, а иногда и нескольких часов спустя. В результате при разламывании линия скола Может начать распространяться вдоль линии скрайбирования, но затем может изменить направление и распространиться вдоль любой из трещин. Поэтому необходимо, чтобы между скрайбйрованием и разламыванием проходило минимальное время.
Наиболее распространенными являются методы разламывания проскрайбированных пластин сферой, полуцилиндром и валиком.
Разламывание пластин цилиндрических и сферических (Рисунок 8.1.3) опорах позволяет получать кристаллы с соотношением сторон от 1:1 до 1:1,5. Радиус кривизны сферы или полуцилиндра для различных размеров кристаллов должен быть различным.
Более универсальным является метод разламывания валиком (Рисунок 8.1.4). Пластину помещают проскрайбированной поверхностью на упругую опору и прокатывают последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях твердым валиком диаметром 10 – 30 мм. Усилие нагружения подбирается взависимости от жесткости опоры. Меньший диаметр валика и более жесткие опоры используются при меньших отношениях длины кристалла к толщине пластины (1/Н).
^ Рисунок 8.1.3 Схема пневмогидравлической ломки полупроводниковых пластин М сферических (цилиндрических) опорах: