DE1931335C3 - Verfahren zum Abtrennen eines Körpers von einem scheibenförmigen Kristall und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

In industriellen und auch in nichtindustriellen elektrischen Arbeitsgeräten, wie z. B. Küchengeräten, wird in zunehmendem Maße der Einsatz von Halbleiterbauelementen erforderlich, deren Leistung verhältnismäßig niedrig ist und deren äußere Abmessungen daher verhältnismäßig klein sein können.

Der Einsatz dieser kleinflächigen Halbleiterbauelemente in elektrischen Arbeitsgeräten einerseits und ihre große benötigte Stückzahl andererseits erfordern besonders wirtschaftliche Massenherstellungsverfahren. Diese Herstellungsverfahren müssen jedoch so beschaffen sein, daß sie insbesondere die elektrischen Eigenschaften der erzeugten Halbleiterbauelemente möglichst wenig beeinflussen.

Eine Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften eines Ha'.bleiterbauelementes kann insbesondere beim Abtrennen dieses Bauelementes von einer großflächigen Ausgangsscheibe mit einer Folge von zu den Hauptflächen dieser Scheibe parallelen Zonen abwechselnden Leitungslyps erfolgen. Beim Abtrennen der Halbleiterbauelemente durch Sägen oder Brechen kommt es an der Trennfläche zu tiefgehenden Zerstörungen der Kristallstruktur (damages), die die an der Trennfläche zutage tretenden pn-Übergänge praktisch kurzschließen, so daß sie keine Sperrfähigkeit besitzen. Man kann zwar die gestörten Kristallschichten an der Oberfläche der abgetrennten Halbleiterbauelemente durch Ätzen beseitigen, hierzu sind jedoch saure Ätzmittel, wie z. B. ein Gemisch aus Flußsäure und Salpetersäure, und lange Ätzzeiten erforderlich, so daß auch an dem Halbleiterbauelement befindliche Kontaktelektroden aus Metall durch das Ätzmittel angegriffen werden.

Aui der Zeitschrift »Maschinenmarkt«, Jg. 75 (1969), Nr. 31, S. 647 f, ist bekannt, Halbleiterkristalle durch

so einen Sandstrahl zu zertrennen. Dazu wird das Halbleiterkristall offensichtlich auf eine ebene Unterlage gelegt. Dann wird ein aus einer Düse austretender Sandstrahl auf die Oberfläche des Körpers gerichtet, wobei die Düse kontinuierlich relativ zum Kristall bewegt wird. Bei diesem Schneidverfahren ist es jedoch möglich, daß der Sandstrahl nach dem Durchtrennen des Kristalls von der ebenen Unterlage umgelenkt oder reflektiert wird. Damit kann jedoch Material an unerwünscnten Stellen abgetragen werden. Außerdem ist zu bedenken, daß ein scheibenförmiges Halbleiterkristall, wie es beispielsweise in der Halbleitertechnik verwendet wird, sehr leicht ist. Damit könnte es unter Wirkung des Sandstrahls relativ zur Unterlage und zur Düse verschoben werden, wodurch Fehlschnitte möglieh sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtrennen eines Körpers von einem scheibenförmigen Kristall durch Anstrahlen mittels eines relativ zur Oberfläche des Körpers kontinuierlich bewegten, aus einer Düse austretenden Sandstrahls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren so weiterzubilden, daß Fehlschnitte vermieden und definierte Trennstellen erhalten werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kristall mit einer Hauptfläche auf einen Rost aufgelegt wird, der an der Auflagefläche einen Schlitz aufweist, daß der Kristall auf den Rost aufgeklebt wird und daß der Sandstrahl über dem Schlitz über den Kristall geführt wird und daß Sand aus dem Schlitz abgesaugt wird.

Es ist zwar bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1197012 und aus der US-Patentschrift 2985050 bekannt, zu schneidendes Gut auf mit Schlitzen oder Ausnehmungen versehene Unterlagen aufzulegerl. Bei dem zu schneidenden Gut hande't es sich jedoch offensichtlich um relativ schwere Werkstücke, bei denen das dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Problem nicht auftritt.

Die Kristallstörungen (damages) an der Schnittfläche der von dem scheibenförmigen Kristall abgetrennten Körper sind außerordentlich gering und können mit Hilfe von alkalischen Ätzmitteln, welche an den Körpern befindliche Metalleleklroden nicht angreifen, innerhalb kürzester Zeit entfernt werden, so daß die Sperrfähigkeit von an den Schnittflächen zutage tretenden pn-Übergängen voll zur Wirkung kommt. Ferner erzielt man konturenscharfe Schnitte im scheibenförmigen Kristall, und die Kanten des abgetrennten Körpers sind frei von Ausbrechungen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorteilhaft einen Rost auf, der an der Auflagefläche für den scheibenförmigen Kristall mit kreuzweise parallelen Schlitzen versehen ist und aus einem Paket von deckungsgleichen Metallkämmen mit jeweils zwischen zwei Kämmen angeordneten Distanzsstücken besteht, welches in einem Rahmen fest eingespannt ist. Ein besonders einfach herzustellender Rost kann auch aus einem Metallblock bestehen, der an

der Auflagefläche für den scheibenförmigen Kristall kreuzweise parallele Einschnitte aufweist und an seiner Unterseite mit in die Einschnitte mündenden Abzugsbohrungen versehen ist

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt die Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abtrennen von Körpern von einem scheibenförmigen Kristall,

F i g. 2 zeigt die perspektivische Ansicht des Rostes in Fig. I,

Fig.3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Auflagefläche für scheibenförmige Kristalle des Rostes in F i g. 2,

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch den Rost nach Fig. 2,

Fig.5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rostes für die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig.6 zeigt einen Schnitt durch den Rosi nach F i g. 5.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 weist einen Support 2 auf mit einer Öffnung 3, an der unten ein Absaugrohr 4 angeflanscht ist, welches mit einer nicht dargestellten Absaugeinrichtung verbunden ist. Auf dem Support 2 ist über der Absaugöffnung 3 ein Rost 5 angeordnet. Dieser Rost 5 ist durch zwei sich gegenüberliegende Winkelstücke 7 an dem Support 2 befestigt, die in Ausnehmungen 6 an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen des Rostes 5 eingreifen und mit dem Support 2 verschraubt sind. Die Ausnehmungen 6 ermöglichen eine justierbare Befestigung des Rostes 5 am Support 2.

Auf der Auflagefläche 8 des Rostes 5. die vorteilhaft plangeläppt ist, sind vier, der Deutlichkeit halber nur gestrichelt angedeutete scheibenförmige Kristalle 9 mit einer ihrer Hauptflächen aufgelegt. Diese scheibenförmigen Kristalle 9 können vorteilhaft mit einem Zelluloselack an der durch das Läppen schwach aufgerauhten Auflagefläche 8 festgeklebt sein. Die scheibenförmigen Kristalle 9 können z. B. Siliziumscheiben sein, die an ihren Hauptflächen Metallüberzüge aufweisen und in denen eine Folge von mehreren zu den Hauptflächen parallelen Zonen abwechselnden Leitungstyps enthalten sind. Aus den Siliziumscheiben 9 sollen mit der Vorrichtung nach F i g. 1 eine Vielzahl kleiner Siliziumbauelemente hergestellt werden.

Über dem Support 7 ist ein vertikal auf die Auflagefläche 8 des Rostes 5 gerichtetes Sandstrahlgebläse 10 mit einer Düse 11 angeordnet, welche vorteilhaft eine schlitzförmige Austrittsöffnung hat.

Dieses Sandstrahlgebläse ist justierbar an einer horizontalen Haltestange 12 befestigt und weist oben einen Zuführschlauch 14 auf. Die Stange 12 ist ihrerseits justierbar in einem Halteteil 13 befestigt. Das Halteteil 13 kann sowohl in Richtung des in der Zeichenebene liegenden Pfeiles 18 als auch in Richtung senkrecht zur Zeichenebene parallel zur Auflagefläche 8 des Rostes 5 verschoben werden.

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, besteht der Rost 5 aus einem Rahmen 5a, in dem ein Paket von deckungsgleichen Metallkämmen 15 fest verspannt ist. Die Spitzen der Zähne dieser Metallkämme 15 bilden in ihrer Gesamtheit die Auflagefläche 8 des Rostes 5 für die scheibenförmigen Kristalle 9.

Der Support 2 ist in einer Ebene parallel zur Auflagefläche 8 schwenkbar angeordnet. Er weist an seinem Umfang einen Zapfen 17 auf, dessen BewecMinpsmöelichkeit durch zwei Anschlagblöcke 18 begrenzt ist, die so angebracht sind, daß der Support 2 maximal um einen Winkel von 90° geschwenkt werden kann.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt längs der strichpunktierten Linien A - B und B-CIn Fi g.2 durch den Rost 5 und den Support 2.

Wie aus dem Schnitt A - B erkennbar ist, ist auf beiden Seiten des Rostes 5 zwisdien jeweils zwei Kämmen 15 ein streifenförmiges Abstandsstück 16 angeordnet. Hierdurch werden zu den Kämmen parallele Schlitze 21 in der Auflagefläche 8 gebildet. Wie aus dem Schnitt B- C hervorgeht, werden zu den Kämmen 15 senkrechte Schlitze 24 durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Zähnen der Kämme 15 gebildet.

Nach dem Aufkleben der scheibenförmigen Kristalle 9 auf die Auflagefläche 8 des Rostes 5 wird das Sandstrahlgebläse 10 der öffnung der Düse 11 über einem Schlitz 21 angeordnet und durch Verschieben des Halteteils 13 in Richtung des Pfeiles 18 längs des Schlitzes 21 ausgehend vom Rahmen 5a des Rostes 5 mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt. Durch den Sandstrahl wird durch zwei Scheiben 9 ein über dem Schlitz 21 liegender Trennschnitt erzeugt. Der Sand des Sandstrahles wird unterhalb des Rostes 5 durch die Öffnung 3 aus dem Schlitz 21 abgesaugt. Hierdurch wird ein Rückstau und Aufstauben des Sandes vermieden.

Nach dem Erzeugen des Trennschnittes über dem Schlitz 21 wird das Halteteil 13 senkrecht zur Zeichenebene in F i g. 1, d. h. in Richtung des Pfeiles 25 in Fig. 2, so verschoben, daß sich die Öffnung der Düse 11 über einem anderen Schlitz 21 befindet. Hierauf wird wieder ausgehend vom Rahmen 5a des Rostes 5 das Halteteil 13 und damit das Gebläse 10 in Richtung des Pfeiles 18 längs dieses anderen Schlitzes 21 mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt und so ein weiterer Trennschnitt durch zwei scheibenförmige Kristalle 9 gelegt.

Nach dem Erzeugen der über den zueinander parallelen Schlitzen 21 liegenden Trennschnitte durch die Scheibe 9 wird der Support 2 um 90° geschwenkt. Sodann werden durch die scheibenförmigen Kristalle 9 in derselben Weise wie vorher Trennschnitte längs der zu den Schlitzen 21 senkrechten Schlitze 24 in der Auflagefläche 8 des Rostes 5 geführt. Anschließend werden die von den Scheiben 9 abgetrennten kleinen Siliziumkörper z. B. mit Azeton von der Auflagefläche 8 des Rostes 5 abgelöst.

Bestehen die scheibenförmigen Kristalle 9 aus 0,3 mm dickem Silizium und weisen sie auf beiden Hauptflächen eine Nickelschicht von 3 bis 5 μ Dicke auf, so hat sich eine Schnittgeschwindigkeit von 3 bis 5 cm pro Minute bewährt. Die Schnittbreite beträgt vorteilhaft 0,2 mm. Diese Schnittbreite erzielt man mit einer Düse 11 mit einer schlitzförmigen öffnung, welche dne Breite von etwa 0,15 mm hat. Die Breite der Schlitze 21 bzw. 24 im Rost 5 ist vorteilhaft doppelt bis dreimal se groß wie die Breite der schlitzförmigen öffnung der Düse 11. Der verwendete Sand hat günstigerweise eine Korngröße von 10 bis 30 μ, vorzugsweise von 20 μ.

Nach dem Abtrennen von den Siliziumscheiben 9 werden die kleinen, bereits mit flächenhaften Elektroden versehenen Siliziumkörper in einer wässrigen Lösung von KOH oder NaOH 1 bis 2 Minuten lang geätzt. Die durch das Sandstrahlen verursachten Zerstörungen der Kristallstruktur (damages) an der Oberfläche dieser Siliziumkörper sind so gering, daß die zerstörte Kristallstruktur durch diese Ätzbehandlung

restlos abgetragen und die volle Sperrfähigkeit von an den Schnittflächen zutage tretenden pn-Übcrgängen erzielt wird, ohne daß es zu irgendwelchen Beschädigungen der Metallelektroden kommt. Das Gebläse 10 kann auch mehrere nebeneinander angeordnete Düsen aufweisen, so daß gleichzeitig mehrere parallele Trennschnitte durch die scheibenförmigen Kristalle 9 geführt werden können.

Die in F i g. 5 dargestellte weitere Ausführungsform des Rostes für eine Vorrichtung nach F ig. 1 be.steht aus einem quaderförmigen Metallblock 31, welcher an der Auflagefläche für die scheibenförmigen Halbleiterkörper 9 kreuzweise parallele Einschnitte 32 und 33 •aufweist. Im übrigen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 versehen.

Wie aus dem Schnitt D-D entsprechend Fig.6 hervorgeht, reichen diese kreuzweise parallelen Einschnitte 32 und 33 etwa bis zur halben Höhe des Metallblockes 31. Der untere Teil des Metallblockes 31 ist mit Absaugbohrungen 34 versehen, die vorteilhaft genau unterhalb der Kreuzungspunkte der kreuzweise parallelen Einschnitte 32, 33 im oberen Teil des ■fyletallblocks 31 angeordnet sind.

Der Rost 31 nach den F i g. 5 und 6 kann genauso wie der Rost 5 in F i g. 2 über der Absaugöffnung 3 auf dem Support 2 befestigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen eines Körpers von einem scheibenförmigen Kristall durch Anstrahlen mittels eines relativ zur Oberfläche des Körpers kontinuierlich bewegten, aus einer Düse austretenden Sandstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kristall mit einer Hauptfläche auf einen Rost aufgelegt wird, der an der Auflagefläche einen Schlitz aufweist, daß der Kristall auf den Rost aufgeklebt wird und daß der Sandstrahl über dem Schlitz über den Kristall geführt wird und daß Sand aus dem Schlitz abgesaugt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (5) an der Auflagefläche für den scheibenförmigen Kristall (9) mit kreuzweise parallelen Schlitzen versehen ist und aus einem Paket von deckungsgleichen Kämmen (15) mit jeweils zwischen zwei Kämmen angeordneten Distanzstücken (16) besteht, welches in einem Rahmen (5a) fest eingespannt ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (5) aus einem Metallblock 31 besteht, der an der Auflagefläche für den scheibenförmigen Kristall (9) kreuzweise parallele Einschnitte (32, 33) aufweist und an seiner Unterseite mit in die Einschnitte mündenden Abzugsbohrungen (34) versehen ist.

4. Vorrichtung nach \nspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost auf einem Support (2) angeordnet ist, der in einer zur Auflagefläche tür den scheibenförmigen Kristall (9) parallelen Ebene schwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (5) auf einem Support (2) über einer Absaugöffnung (3) im Support (2) angeordnet ist, die an eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist.