DE2132174A1

DE2132174A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes

Info

Publication number: DE2132174A1
Application number: DE19712132174
Authority: DE
Inventors: Kirton Lionel A; Youmans Albert P
Original assignee: Signetics Corp
Current assignee: Signetics Corp
Priority date: 1970-07-01
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-01-05
Also published as: GB1334583A; JPS5237782A; NL7109087A; JPS5227993B1; US3740900A; CA927017A; FR2098143A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch

isolierten Halbleitergebildes.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S.-Anmeldung Serial No. 51 6Io vom 1. Juli 197o in Anspruch genommen.

Die Herstellung dielektrisch isolierter Halbleitergebilde erfolgt auf bekannte Weise nach verschiedenen Verfahren und vermittels unterschiedlicher Vorrichtungen. Die seither angewandten Verfahren und die dazu verwendeten Vorrichtungen ermöglichen nur unter erheblichen Schwierigkeiten das Erreichen einer vorbestimmten Dicke. Außerdem sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen aufwendig und zeitraubend. Es besteht daher ein dringender Bedarf für ein neuartiges und verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen von dielektrisch isolierten Halbleitergebilden.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher ganz allgemein, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines

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dielektrisch isolierten Halbleitergebildes zu schaffen, das eine erste und eine zu dieser in einem vorbestimmten Abstand parallele zweite planare Oberfläche aufweist. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen eine Verringerung der Anzahl der benötigten Bearbeitungsschritte und die gleichzeitige Bearbeitung einer großen Anzahl von Plättchen gestatten. Das Verfahren soll insbesondere so beschaffen sein, daß die auf einem Halbleitergebilde ausgebildeten polierten Oberflächen nicht verkratzt oder beschädigt werden, eine kleinere Anzahl von Befestigungs- und Umsetzschritten für die Plättchen und nur ein einziger Befestigungsvorgang mit Wachs erforderlich ist, Plättchen mit einem Durchmesser von 50 mm mit weniger als lym Unebenheit über ihre ganze Oberfläche erzeugbar sind und ein dielektrisch isoliertes Halbleitergebilde mit nur drei Schleifvorgängen vollständig herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere eine präzise Befestigung einer Vielzahl von Plättchen auf einer Unterdruck-Aufspannvorrichtung auf Aufspannköpfen und das Aufbringen eines im wesentlichen gleichförmigen Drucks auf eine Vielzahl von Aufspannköpfen gestatten, während die auf diesen Köpfen befindlichen Plättchen gleichzeitig poliert werden.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper mit einer ersten polierten¹, planaren Oberfläche und dann die polierte Oberfläche mit einem -

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schützenden Werkstoff im wesentlichen gleichförmiger Dicke über die polierte Oberfläche versehen wird, der Halbleiterkörper an einem Unterdruck-Aufspannkopf in der Weise befestigt wird, daß sich die polierte Oberfläche auf der Seite des Aufspannkopfes befindet, der Aufspannkopf in Betrieb gesetzt, Material von dem Halbleiterkörper abgenommen und dieser mit einer planaren OberJLäche versehen wird, die sich in einem Abstand und parallel der ersten polierten, planaren Oberfläche befindet. Der auf diese Weise bearbeitete Halbleiterkörper, d.h. ein Plättchen, weist eine vorbestimmte Dicke auf und wird anschließend in bekannter Weise zu einem dielektrisch isolierten Halbleitergebilde weiterverarbeitet.

Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung weist eine in Verbindung mit einer Schleifmaschine verwendbare Unterdruck-Aufspannvorrichtung, die mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist und aus einem Hauptteil mit einer mit der an der Schleifmaschine befindlichen Unterdruckquelle verbindbaren Bohrung und einer freien Oberfläche und mehreren, auf der Oberfläche des Hauptteils gelagerten Unterdruck-Aufspannköpfen besteht, wobei der Hauptteil und die Unterdruck-Aufspannköpfe jeweils Bohrungen aufweisen, die mit der vorgenannten Bohrung im Hauptteil verbunden sind, und an die Aufspannköpfe ein Unterdruck anlegbar ist, durch den Plättchen an den Aufspannköpfen haltbar sind, während an den Plättchen ein

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SchleifVorgang ausgeführt wird.

Die Vorrichtung besteht weiterhin aus einer Plättchen-Montagelehre bestehend aus einem B'lock mit einer zur einen Seite des Blocks hin offenen Ringausnehmung, einer sich über die Ringausnehmung hinweg erstreckenden biegsamen Membran, einer die Membran an dem Block befestigenden Deckplatte mit einer Vielzahl die Ausnehmung überlagernder Ausnehmungen, wobei die Membran die Ringausnehmung bedeckt, sowie einer die Ringausnehmung ausfüllenden, verhältnismäßig unkomprimierbaren Flüssigkeit, einer Vielzahl einsetzbar in den Ausnehmungen der Deckplatte gelagerte Plättchen-Trägerblöcke und Vorrichtungen zum Festhalten der Plättchen-Trägerblöcke in den Ausnehmungen der Deckplatte und in Eingriff mit der Membran, welche zur Einstellung im wesentlichen gleichförmiger Kräfte dienen, die durch die Membran und die in der Ringausnehmung befindliche Flüssigkeit auf die Plättchen-Trägerblöcke ausübbar sind.

Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Befestxgungspresse, bestehend aus einer Platte, einer zum Kühlen und Erwärmen der Platte dienenden Vorrichtung, einem Plättchenführungsglied, einer Vorrichtung für die Lagerung des Plättchenführungsgliedes auf der Platte, welche eine senkrechte Bewe gung eines Führungsgliedes in bezug auf die Platte gestattet, mehreren Ausnehmungen in dem Plättchenführungsglied, einer Vielzahl in diesen Ausnehmungen einsetzbar gelagerter Plättchen-

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Trägerblöcke, deren obere Seiten freiliegen und die Befestigung von Plättchen gestatten, und einer Druckplatte, vermittels welcher die Plättchen in Eingriff mit den Plättchen-Trägerblöcken beaufschlagbar sind. Die Druckplatte ist in der Weise ausgebildet, daß sämtliche Plättchen gleichzeitig und unter Belassung eines geringsten Abstandes in Eingriff mit den Plättchen-Trägerblöcken bringbar sind.

Die einzelnen Merkmale der Erfindung werden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Unterdruck-Aufspannvorrichtung nach der Erfindung, die einen Teil der Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes darstellt.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellt Vorrichtung entlang der Linie 2-2.

Fig. 3 ist ein teilweise im Querschnitt dargestellter seitlicher Aufriß einer Befestigungspresse nach der Erfindung, die ebenfalls einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes darstellt.

Fig. U ist ein Querschnitt durch eine Plattchen-Montagelehre nach der Erfindung, die ebenfalls einen Teil der Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes darstellt,

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Fig. 5 ist ein teilweise im Schnitt gehaltener seitlicher Aufriß einer Poliermaschine mit einer Plättchen-Montagelehre der in Fig. 4 dargestellten Ausführung und zeigt Trägerblöcke mit darauf befindlichen Plättchen, die in der Poliermaschine poliert werden.

Fig. 6 ist eine Draufsicht in der Ebene der Linie 6-6 der Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Draufsicht in der Ebene der Linie 7-7 der Fig. 5.

Fig. 8 ist ein Querschnitt und zeigt die Bearbeitung eines Halbleiterplättchens, sowie dessen Befestigung auf einer Aufspannvorrichtung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung bei der Durchführung eines SchleifVorgangs.

Fig. 9 ist ein Querschnitt und zeigt einen anschließenden Verfahrens schritt nach Beendigung des SchleifVorgangs.

Die Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes ist in den Figuren 1-7 dargestellt. Wie dem Fachmann bekannt, sind Halblexterplättchen wie z.B. Siliziumplättchen erhältlich, die bereits auf einer Seite poliert und mit einer planaren polierten Oberfläche versehen sind. Andererseits sind im Handel auch unpolierte Plättchen erhältlich, die dann auf einer Seite mit herkömmrichen Poliervorrichtungen poliert werden. Wie im

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nachstehenden anhand des hierin offenbarten dielektrisch isolierten Halbleitergebildes im einzelnen ausgeführt wird, ist die Herstellung von Halbleiterplättchen erwünscht, die zwei planare, parallele Oberflächen aufweisen. Anders ausgedrückt, die Vorder- und die Rückseite des Plättchens sollen zueinander parallel sein. Das läßt sich vermittels der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Unterdruck-Aufspannvorrichtung 21 erreichen. Diese Unterdruck-Aufspannvorrichtung 21 besteht aus einem Hauptteil in der Form eines Metallkörpers 22 aus einem für diesen Zweck geeigneten Werkstoff wie z.B. rostfreiem Stahl. In dem Körper 22 befindet sich eine große mittige Gewindebohrung 23, die zur Aufnahme einer Drehgelenkverbindung dient, welche mit einer Unterdruckquelle verbunden wird. Die Bohrung 23 steht in Verbindung mit einer weiteren Bohrung 24, und diese Bohrung 24 wiederum in Verbindung mit einer Vielzahl radial verlaufender Ausnehmungen oder Kanäle 26. Die Kanäle 26 sind in einer Deckplatte 28 ausgebildet, die an dem Körper 2 2 befestigt und beispielsweise mit diesem hart^-verlötet ist. Eine Vielzahl bogenförmiger Ausnehmungen oder Kanäle 27 sind ringförmig in dem Körper 22 ausgebildet und stehen mit den radial verlaufenden Ausnehmungen 26 in Verbindung.

Die Unterdruck-Aufspannvorrichtung 21 trägt eine Vielzahl von Unterdruck-Aufspannköpfen 31, die aus einem geeigneten Werkstoff wie z.B. Tonerdekeramik hergestellt sind. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, haben die Aufspann-

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köpfe 31 allgemein die Form kurzer Zylinder mit zur Vorderseite der Aufspannköpfe offenen, konzentrischen Ringnuten 32. Die Rückseiten der keramischen Aufspannköpfe 31 sind metallisiert und durch Hartlötung mit dem Metallkörper 22 verbunden. Bei der Herstellung der Aufspannköpfe 31 werden Bohrungen 33 in diesen angebracht. Der Körper 22 ist mit Bohrungen 34 versehen» die zu den Kanälen 26 und 27 führen. Die Bohrungen 33 und 34 sind zueinander ausgerichtet, so daß die Böden der Nuten 32 in Verbindung mit den Kanälen oder Ausnehmungen 26 und 27 stehen, so daß die Nuten 32 unter Unterdruck gesetzt werden können. Wie weiter unten erläutert, werden die Plättchen auf die Unterdruck-Aufspannköpfe 31 gelegt und vermittels des in den Nuten 32 erzeugten Unterdrucks auf den Köpfen gehalten. Dann werden die Oberflächen der Plättchen in der nachstehend beschriebenen Weise eben und parallel geschliffen, wozu die Unterdruck-Aufspannvorrichtung 21 beispielsweise in eine herkömmliche Blanchard-Schleifmaschine eingesetzt wird.

Nachdem die Oberflächen der Plättchen eben und parallel geschliffen worden sind, werden die Plättchen vermittels der in Fig. 3 dargestellten hydraulischen Befestigungspresse 37 auf einzelnen Trägerblöcken 36 befestigt. Die Befestigungspresse 37 besteht aus einer großen Platte oder einem großen Block 38, die bzw. der verhältnismäßig rasch erhitzt bzw. abgekühlt werden kann. Beispielsweise kann in dem Block 38 eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Flüssigkeitskanälen

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vorgesehen sein, die mit einem Einlaß- und einem Auslaßstutzen 3 9 verbunden sind. Vermittels dem Fachmann bekannter Steuervorrichtungen kann eine erwärmte Flüssigkeit zum Umlauf durch die Kanäle gebracht werden, um den Block oder die Platte 38 zu erhitzen. Wenn erwünscht, kann anschließend ein Kühlmittel durch dieselben Kanäle umgewälzt werden, um den Block 38 rasch abzukühlen.

Eine Führungsplatte 41, die im wesentlichen die gleiche Größe wie der Block 38, jedoch eine geringere Dicke aufweist, befindet sich oberhalb des Blocks 38. Eine zur Begrenzung der nach oben gerichteten Verschiebung der Führungsplatte 41 in bezug auf den Block oder die Platte 38 dienende Vorrichtung besteht aus Stiften oder Bolzen 42 mit Kopfstücken 43. Die Stifte oder Bolzen 42 sind auf geeignete Weise wie z.B. vermittels eines Preßsitzes oder einem Gewindes mit dem Block 38 verbunden. In der Führungsplatte befindliche Bohrungen 44 dienen zur Gleitführung der Stifte oder Bolzen 42, und mit den Bohrungen 44 axial ausgerichtete größere Bohrungen 46 dienen zum Aufnehmen der Kopfstücke 43 in einem Gleiteingriff. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die obere Endlage der Führungsplatte 41 durch Schultern 47 vorgegeben, die mit den Kopfstücken 43 zusammenwirken. Die Führungsplatte 41 ist vermittels elastisch nachgiebiger Vorrichtungen in ihre obere Endlage beaufschlagt, die aus auf den Stiften oder Bolzen 42 gelagerten Druck-

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federn 48 bestehen, welche mit einem Ende im Eingriff mit der Platte oder dem Block 38 und am anderen Ende im Eingriff mit der Führungsplatte 41 stehen.

In der Führungsplatte 41 befindet sich eine Vielzahl Präzisionsausnehmungen 49, die zur Aufnahme der Plättchen-Trägerblöcke 36 dienen. Sobald der große Block 38 und die von der Führungsplatte m gehaltenen Plättchen-Trägerblöcke fc 36 ebenfalls erhitzt worden sind, wird auf die obere Oberfläche jedes Plättchen-Trägerblocks ein kleiner Tropfen Wachs 51 aufgebracht. Die Plättchen 52, welche an den Plättchen-Trägerblöcken 36 befestigt werden sollen, werden dann in die Ausnehmungen 49 eingelegt, wobei sie durch diese hindurch auf die Oberseite der Plättchen-Trägerblöcke 36 fallen. Anschließend wird eine Schicht 53 aus einem weichen Werkstoff wie z.B. Filz auf die Oberseite der Führungsplatte 41 gelegt. Eine Druckplatte 54, die beispielsweise vermittels eines Hydraulikzylinders 56 angetrieben wird, wird dann in Richtung der Filzschicht 53 verfahren und preßt diese gegen die Führungsplatte 41, so daß die Führungsplatte gegen die Kraft der Federn 48 nach unten gedrückt wird und die Filzschicht 53 in Eingriff mit den oberen Oberflächen der Plättchen 52 kommt, wodurch diese gegen die Plättchen-Trägerblöcke 36 gedrückt werden und etwa vorhandenes überschüssiges Wachs zwischen dem Plättchen und dem Trägerblock herausgedrückt wird. Es ist wünschenswert, so wenig wie möglich Wachs zur Befestigung

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des Plattchens auf dem Plättchen-Trägerblock zu verwenden, und das Wachs so gleichförmig wie möglich auf jedem einzelnen Trägerblock und auf sämtlichen Trägerblöcken zu verteilen. Sobald die Befestigung erfolgt ist, wird dem Block 3 8 Kühlmittel zugeführt, um den Block und die in diesem befindlichen Plättchen-Trägerblöcke rasch abzukühlen, damit sich das auf den Plättchen-Trägerblöcken befindliche Wachs verfestigt. Nach Verfestigung des Wachses wird die Druckplatte 5<4 angehoben und die Filzschicht 53 entfernt. Dann lassen sich die Plattchen-Trägerblöcke 36 mit den an diesen befestigten Plättchen 52 herausnehmen und in eine Plättchen-Montagelehre 58 der in Fig. 4 dargestellten Ausführung einsetzen.

Die Platteheη-Montagelehre 58 besteht aus einem Block oder Körper 59 aus einem geeigneten Werkstoff wie z.B. rostfreiem Stahl. Der Block 59 weist eine Ringausnehmung 61 auf, die zur einen Seite des Körpers hin offen ist. Auf der gleichen Seite des Körpers befinden sich im mittigen Abschnitt desselben drei in gegenseitigen Abständen angeordnete Gewindebohrungen 62. Auf der entgegengesetzten Seite befindet sich eine mittig angeordnete Gewindebohrung 63. Auf der gleichen Seite des Körpers oder Blocks, auf der sich die Bohrung 63 befindet, ist außerdem eine sich verjüngende Gewindebohrung 64 vorgesehen, die in Verbindung mit der Ringausnehmung 61 steht und dazu dient, die Ringausnehmung 61 in der nachstehend beschriebenen Weise mit

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einer geeigneten Flüssigkeit zu füllen. Die Bohrung SH ist mit einem Füllzapfen 66 versehen.

Eine biegsame Membran 67, z.B. aus Gummi erstreckt sich über die Oberseite des Blocks 59 und bedeckt die Ringausnehmung 61. An der Innenseite der Membran 6 7 ist eine Vielzahl kleiner Dauermagnete 6 8 z.B. vermittels eines Klebstoffs in einer Kreisanordnung befestigt und ^ sind in bezug auf die in dem Block 59 ausgebildete Ringausnehmung 61 zentrisch angeordnet. Oberhalb der Membran 67 befindet sich eine Deckplatte 69, die vermittels mehrerer Schrauben 71 an dem Block 5 9 befestigbar ist, welche in Senkbohrungen 7 2 eingesetzt und in die Gewindebohrungen 62 eingeschraubt sind. Die Deckplatte 69 hält die Membran 67 und die an dieser befestigten Dauermagneten 68 in einer die Ringausnehmung 61 überlagernden Stellung. Die Deckplatte 69 "ist mit einer Vielzahl verhältnismäßig genau bearbeiteter Ausnehmungen 7 3 versehen, die auf dem Umfang der Deckplatte 69 in gegenseitigen Abständen in einem Kreis in einer solchen Lage angeordnet sind, daß sie die an der Membran 67 befestigten Magneten 68 überlagern. Die Trägerblöcke 36 mit den daran befestigten Plättchen 52 werden in die Ausnehmungen 7 3 eingesetzt und in diesen von den Dauermagneten 68 festgehalten. Wie anhand der (in Fig. 6) dargestellten Ausführungsform ersichtlich, sind insgesamt acht Ausnehmungen vorgesehen. Es kann jedoch auch eine größere oder kleinere Anzahl von Ausnehmungen verwendet werden.

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Die Plättchen-Montagelehre 58 mit den in dieser befindlichen Plättchen-Trägerblöcken 36, an denen die Plättchen befestigt sind, wird in eine Poliermaschine eingesetzt, in welcher die Plättchen auf die endgültige Dicke poliert werden.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Poliermaschine 7ty. Die dargestellte Poliermaschine Th weist eine verhältnismäßig großflächige, kreisrunde Polierplatte 76 auf, die an ihrer Oberseite ein Polierkissen 77 mit einer Aufschlämmung eines Poliermittels trägt. Die Polierplatte 76 wird vermittels einer Riemenscheibe 78 in Drehung versetzt, welche in einem Lager 79 gelagert ist. Die Riemenscheibe 78 wird von einem Riemen 81 und vermittels einer von einem Hauptantriebsmotor 83 angetriebenen Riemenscheibe 82 in Drehung versetzt. Eine mittige Antriebsscheibe 86, die an ihrem äußeren Rand einen kreisförmigen O-Ring 87 trägt, wird durch eine Welle 8 8 angetrieben, die in ■ der Platte 76 drehbar gelagert und frei drehbar durch die Riemenscheibe 7 8 durchgeführt ist. Am unteren Ende der Welle 8 8 befindet sich eine Riemenscheibe 89, die vermittels eines Riemens 91 angetrieben wird, der vermittels eines Riemens 92 von einem Antriebsmotor 93 angetrieben wird.

Neben der Polierplatte 76 ist eine Vielzahl von Leitrollen 96 befestigt, die jeweils aus einem Arm 97 mit einer Rolle 98 bestehen, welche sich in einer Ebene oberhalb der Polierplatte 76 befindet und in der nachstehend beschriebenen

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Weise in Eingriff mit einer Plättchen-Montagelehre 5 8 bringbar ist.

An jeder Plättchen-Montagelehre 58 kann ein Handgriff lol befestigt werden, indem dieser in die Bohrung 63 eingeschraubt wird. Der Handgriff lol dient dazu, die Plättchen-Montagelehre 58 mit der Stirnseite nach unten in die Poliermaschine einzusetzen, so daß die an den Plättchen-Trägerblöcken 36 befestigten Plättchen an dem auf der Polierplatte 76 befindlichen Polierkissen 77 aufliegen. Vor jeder Leitrolle 96 wird jeweils eine Plättchen-Montagelehre 5 8 in der Weise aufgesetzt, daß sie in Eingriff mit dem O-Ring 97 an der mittigen Antriebsscheibe 86 steht. Wenn nun die Polierplatte 76 entsprechend der Darstellung von Fig. 7 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, kommen die Plättchen-Montagelehren 5 8 in Eingriff mit den Leitrollen 96, wobei gleichzeitig die mittige Antriebsscheibe 86 entsprechend der Darstellung von Fig. 7 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wie sich somit ersehen läßt, werden sämtliche Plättchen-Montagelehren 58 im Uhrzeigersinn gedreht, während gleichzeitig die Polierplatte 76 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Durch diese Art der Bewegung ist gewährleistet, daß sämtliche Oberflächen der an der Plättchen-Montagelehre befindlichen Plättchen im wesentlichen gleichförmig poliert werden.

Eine zur Einstellung des auf die Plättchen-Montagelehren während des Poliervorgangs ausgeübten Drucks dienende Vor-

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richtung besteht aus einem großen Gewicht Io6, das an seinem unteren Ende eine Ausnehmung Io7 zur Aufnahme des stiftförmig ausgebildeten Handgriffs lol aufweist. An dem Gewicht Io6 befindet sich ein Handgriff Io8, der an seinem oberen Ende eine Kugel Io9 trägt. Der Handgriff Io8 ist zentrisch an dem Gewichtsblock Io6 befestigt. Weiterhin ist eine Kreisplatte Ho vorgesehen, in der sich eine Vielzahl von Schlitzen 111 befinden, die jeweils zur Aufnahme eines Handgriffs Io8 dienen. Eine zum Anheben und Absenken der Platte Ho dienende Vorrichtung besteht aus einem (nicht dargestellten) Zahnstangengetriebe. Wenn die Platte Ho nach oben bewegt wird, werden die Handgriffe lol freigegeben, so daß sich die Plattchen-Montagelehren 58 vermittels der Handgriffe lol abnehmen lassen.

Die in Fig. 5 dargestellte Poliermaschine 7U^ kann mehrere und beispielsweise sechs Plättchen-Montagelehren 5 8 aufnehmen. In Fig. 5 ist der Einfachheit halber jedoch nur eine Plättchen-Montagelehre 5 8 dargestellt. Auf das Polierkissen 77 lassen sich jedoch sämtliche sechs Montagelehren aufsetzen, und sämtliche Gewichte Io6 lassen sich im wesentlichen gleichzeitig auf die Lehren 5 8 absenken. Die Gewichte dienen zum Aufbringen eines Drucks vorbestimmter Größe auf die einzelnen Montagelehren, durch den die an den Lehren befestigan Plättchen gegen das eine Poliermittelaufschlämmung enthaltende Polierkissen 77 angedrückt werden.

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Die Polierplatte 76 läuft mit geeigneter Drehzahl wie z.B. angenähert 100 U/min, um. Die mittige Antriebsscheibe 86 wird mit einer wesentlich niedrigeren Drehzahl wie z.B. 5- 10 U/min angetrieben und bewirkt, daß die Montagelehren 58 auf dem Polierkissen 77 gedreht werden. Wie sich somit ersehen läßt, wird zwischen dem Polierkissen und den Montagelehren eine Planetenbewegung erhalten, welche dazu beiträgt, eine gleichförmige Polierbewegung über die ganze Plättchenoberfläche zu gewährleisten. · '

Sobald die Plättchen auf die gewünschte Güte poliert worden sind, werden sämtliche Gewichte angehoben, so daß sich dann die Montagelehren abnehmen lassen, um die Plättchen zu prüfen und festzustellen, ob eine weitere Politur erforderlich ist.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird wie folgt zur Herstellung dielektrisch isolierter Halbleitervorrichtungen verwendet. Plättchen 52 herkömmlicher Ausführung wie z.B. aus Einkristallsilizium sind ohne weiteres erhältlich. Derartige Plättchen können durch geeignete Mittel wie z.B. Bienenwachs auf einem (nicht dargestellten) herkömmlichen Trägerblock befestigt und dann in eine Schleifmaschine herkömmlicher Ausführung eingeführt werden, in welcher die freiliegenden Oberflächen 121 (siehe Fig. 8) eben geschliffen werden, um zu gewährleisten, daß jedes Plättchen eine planare Oberfläche aufweist, die dann poliert werden kann. Der

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Trägerblock mit den an diesem befestigten Plättchen wird dann in eine Poliermaschine eingesetzt, die der in Fig. 5 dargestellten Maschine ähnlich ist, und die eine Oberfläche 121 der Plättchen wird poliert, wodurch eine polierte Oberfläche 122 erhalten wird. Dann werden die Plättchen abgenommen, indem das Wachs zum Schmelzen gebracht wird, wonach die Plättchen gereinigt werden. Wenn gewünscht, können auch Plättchen beschafft werden, die auf einer Oberfläche bereits poliert sind.

Plättchen, die auf einer Oberfläche poliert sind, werden in einem herkömmlichen Oxidationsofen oxidiert, wodurch eine das Plättchen umhüllende Siliziumdioxidschicht 12 3 ausgebildet wird. Dabei ist wünschenswert, daß die Siliziumdioxidschicht eine ausreichende Dicke aufweist, damit sie die unmittelbar vorher polierte Oberfläche 12 2 gegenüber Abschürfungen oder Kratzern schützt, die bei dem anschließenden Schleifvorgang verursacht werden könnten. Zu diesem Zweck eignet sich beispielsweise eine Oxidschicht mit einer Dicke von 2 ym. Die Abweichungen der polierten Oberfläche sollten weniger als 1 ym über die ganze Oberfläche der Plättchen betragen.

Die Plättchen werden im Anschluß an die Oxidation auf den Unterdruck-Aufspannkopf 31 gelegt, so daß die polierten Oxidflächen 122 dem Aufspannkopf 31 zugewandt sind, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Die Unterdruck-Auf-

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spannvorrichtung 21 wird in eine Schleifmaschine herkömmlicher Ausführung eingelegt, in welcher die andere Oberfläche des Plättchens geschliffen wird, um die Siliziumdioxidschicht 123 und außerdem eine bestimmte Menge des Einkristallsiliziumplättchens selbst zu entfernen, um auf diesem eine weitere ebene oder planare Oberfläche 12H auszubilden, die parallel der an diesem Plättchen bereits ausgebildeten polierten Oberfläche 122 verläuft. Das Plättchen wird dabei gleichzeitig auf eine gewünschte Dicke abgeschliffen. Es ist wichtig, diese Dicke zu kennen, da diese Angabe dazu verwendet wird, die genaue Lage der gerade geschliffenen Oberflächenebene zu berechnen.

Nach Ausbildung der planaren Oberflächen 12 2 und Schleifen der Plättchen auf die gewünschte Dicke wer-Cf^i* die Plättchen von dem Unterdruck-Auf spannkopf 31 abgenommen. Das an dem Plättchen zurückbleibende Oxid wird in herkömmlicher Weise abgelöst, beispielsweise dadurch, daß die Plättchen in ein Ätzbad eingelegt und anschließend gereinigt werden, um Schmutz und Rückstände zu entfernen, die sich während des SchleifVorgangs auf dem Plättchen abgelagert haben können. Kratzer, die in der Schleifmaschine an der Oxidbeschichtung hervorgerufen worden sind, werden zusammen mit dem Ablösen des Oxids entfernt, so daß die polierte Oberfläche 12 2 zurückbleibt, die bereits vorher ausgebildet worden ist.

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Me Plättchen werden anschließend erneut oxidiert und zar Ausbildung von Isolationsgräben maskiert. Die Isolationsgräben werden in die Siliziumdioxidschicht und in das Plättchen eingeätzt, wodurch die Gräben erhalten werdes. Das Plättchen wird dann wieder oxidiert, so daß sich eine Siliziumdioxidschicht in den Gräben ausbildet und eine kontinuierliche Siliziumdioxidschichtüber der polierten Oberfläche und in den Gräben entsteht. Dann wird auf der Siliziumdioxidoberfläche, in der die Gräben ausgebildet sind, ein Träger wie z.B. aus polykristallinem Silizium ausgebildet. Die dem polykristallinem Material abgewandte Seite des Siliziumdioxids wird dann auf den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Unterdruck-Aufspannkopf 31 gelegt, wonach das den Träger bildende polykristalline Material eben und parallel der Einkristallsiliziumfläche abgeschliffen wird. Die Ebenheit dieser Oberfläche sollte ebenfalls wiederum besser als 1 pm über die ganze Plättchenoberfläche sein. Das Plättchen wird dann auf dem Unterdruck-Aufspannkopf 31 umgedreht, wonach das Einkristallsilizium auf eine Dicke abgeschliffen wird, die angenähert 20 μπι über der gewünschten Enddicke des Plättchens liegt.

Die Plättchen werden dann von der Unterdruck-Aufspannvorrichtung 21 abgenommen und vermittels der in Fig. 3 dargestellten Befestigungspresse einzeln auf den Plättchen-Trägerblöcken 36 befestigt. Die Trägerblöcke 36 mit den an diesen befestigten Plättchen 52 werden dann in die

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Plättchen-Montagelehren 58 eingesetzt. Die Plättchen-Montagelehren 5 8 werden nach dem Einsetzen der die Plättchen tragenden Trägerblöcke auf die in Fig. 5 dargestellte Poliermaschine 74 aufgesetzt und während einer vorbestimmten Zeitspanne poliert. Dann werden die Plättchen geprüft, um festzustellen, ob die Siliziumdioxidschicht, welche die Isolation für die isolierten Zonenbilden soll, freiliegt. Die Plättchen können nunmehr ggf. auch in Gruppen sortiert werden, die sich je nach der Menge der erforderlichen zusätzlichen ■ Politur unterscheiden, und dann auf die gewünschte Enddicke poliert werden. Auf diese Weise werden aus dem ursprünglichen Werkstoff wie z.B. Einkristallsilizium dielektrisch isolierte Inseln ausgebildet, die innerhalb eines Trägerkörpers aus polykristallinem Silizium gehalten werden. Am Boden der Inseln befindet die als erste ausgebildete polierte Oberfläche.

Vermittels der Vorrichtung und des Verfahrens^ die im vorstehenden beschrieben worden sind, läßt sich während des ganzen Arbeitsganges Parallelität aufrecht erhalten, unbeschadet der Tatsache, daß während des Arbeitsganges ein Übergang von einer Bezugsfläche auf der einen Seite zu der auf der anderen Seite liegenden Bezugsfläche vorgenommen wird. Das Verfahren gestattet, unbeschädigte polierte Oberflächen zu erhalten. Das ist besonders erwünscht in Verbindung mit einem anisotropen Ätzvorgang,

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der zur Ausbildung der Isolationsgräben angewandt wird. Wie der Fachmann weiß, folgt die anisotrope Ätzung nicht den Kristallebenen, wenn die Oberfläche während der Bearbeitung beschädigt worden ist.

In einem fertigen Halbleitergebilde haben die Einkristallsiliziuminseln normalerweise eine Dicke zwischen 20 - 30 μπι, wobei die Dicke des Plättchens selbst angenähert 0,2 mm beträgt. Dadurch, daß die Oberflächen des Plättchens eben und parallel zueinander gehalten werden, kann die Dicke der Einkristall-Halbleiterinseln auf zwei ym genau eingehalten werden. Wie dem Fachmann bekannt, ist es wünschenswert, diese Dicke verhältnismäßig genau zu überwachen. Wenn die Inseln zu dünn ausgebildet sind, ist die Durchbruchsspannung des Halbleitergebildes zu niedrig, und wenn sie zu dick sind, ist die Sättigungsspannung zu hoch.

Nach Ausbildung der Einkristall-Halbleiterinseln können in bekannter Weise integrierte Schaltungen in den Inseln ausgebildet werden. So kann beispielsweise über den Inseln eine Oxidschicht ausgebildet werden, die Inseln können wiederholt maskiert und für die gewünschten Diffusionsschritte ausgeätzt werden, um innerhalb der Inseln aktive und passive Elemente auszubilden. Dann kann eine Metallisierung auf die Siliziumdioxid-Isolationsschicht aufgebracht und Ausnehmungen in der Siliziumdioxidschicht

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ausgebildet werden, um einen Kontakt mit den diffundierten Zonen in den Inseln herzustellen, so daß eine vollständige integrierte Schaltung erhalten wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung, die im vorstehenden beschrieben worden sind, weisen mehrere Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen auf. So ist die Anzahl der Plättchenbefestigungs- und Umsetzschritte kleiner. Nachdem beispielsweise das Plättchen mit der ersten Oberflächenpolitur versehen worden ist, ist nur ein einziger Wachsbefestigungsschritt erforderlich. Durch Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Befestigungspresse läßt sich eine besser reproduzierbare Befestigung der Plättchen vermittels einer verhältnismäßig gleichförmigen Dicke von Wachs erzielen, das dazu verwendet wird, die Plättchen auf den Trägerblöcken 36 zu halten. Die Vorrichtung ist außerdem so beschaffen, daß sich eine wesentlich größere Plättchenmenge als seither möglich war in einem einzigen Arbeitsgang bearbeiten läßt. Außerdem ist die zur völligen Durchführung der verschiedenen Arbeitsgänge benötigte Zeit wesentlich geringer. Die Verwendung der Plättchen-Montagelehren 58 hat den besonderen Vorteil zur Folge, daß sich mit diesen die auf den Plättchen erfordaiichen planaren, parallelen polierten Oberflächen erhalten lassen. Das in der Poliermaschine auf die Plättchen-Montagelehren 58 aufgesetzte Gewicht wird gleichförmig auf alle an den Trägerblöcken 36 befestigte Plättchen übertragen. Das ist

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darauf zurückzuführen, daß die innerhalb der Ausnehmung des Blockes 59 befindliche Hydraulikflüssigkeit für eine gleichförmige Druckverteilung auf alle Trägerblöcke sorgt. Wenn beispielsweise ein Trägerblock 36 nach innen geschoben wird, tritt an sämtlichen anderen Trägerblöcken der gleiche Druck auf. Dadurch ist insbesondere gewährleistet, daß sämtliche Plättchen, die jeweils getrennt für sich an der Plättchen-Montagelehre 5 8 gelagert sind, jeweils mit dem gleichen Druck nach unten gegen das Polierkissen 77 gedrückt werden, so daß alle Plättchen verhältnismäßig gleichförmig poliert und mit der gewünschten planaren und parallelen Oberfläche versehen werden. Außerdem ist dadurch gewährleistet, daß sämtliche Plättchen in der Poliermaschine gleichzeitig auf im wesentlichen gleiche Dicken poliert werden.

Durch die Verwendung von nicht verformbaren Unterdruck-Aufspannköpfen ist gewährleistet, daß die Plättchen stets mit planaren parallelen Oberflächen angeschliffen werden. Da die Plättchen mit einem schützenden Oberzug wie z.B. der beschriebenen Siliziumdioxidschicht versehen werden, ist die polierte Oberfläche geschützt und kann während der Polier- und Schleifvorgänge nicht beschädigt werden.

- Patentansprüche 109882/1287

Claims

Patentansprüche

1» Verfahren zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper <52) mit einer ersten polierten, planaren Oberfläche (122) versehen und dann die polierte Oberfläche mit einem schützenden Werkstoff (123) im wesentlichen gleichförmiger Dicke über die polierte Oberfläche bedeckt wird, der Halbleiterkörper an einem Unterdruck-Aufspannkopf (31) in der Weise befestigt wird, daß sich die polierte Oberfläche auf der Seite des Aufspannkopfes befindet, der Aufspannkopf (31) in Betrieb gesetzt, Material von dem Halbleiterkörper abgenommen und dieser mit einer planaren Oberfläche (12Ό versehen wird, die sich in einem Abstand und parallel der ersten polierten, planaren Oberfläche (122) befindet.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper aus Silizium gewählt und der Schutzwerkstoff (123) aus Siliziumdioxid ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halbleiterkörper (52) dielektrisch isolierte Inseln ausgebildet und in diesen Inseln Schaltungsvorrichtungen aufgebaut werden.

/^.!Vorrichtung zum Herstellen eines dielektrisch isolierten Halbleitergebildes zur Ausführung des Verfahrens

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nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch eine in Verbindung mit einer Schleifmaschine verwendbare Unterdruck-Spannvorrichtung (21), die mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist und aus einem Hauptteil (22) mit einer mit der an der Schleifmaschine befindlichen Unterdruck-Quelle verbindbaren Bohrung (23) und einer freien Oberfläche und mehreren, auf der Oberfläche des Hauptteils gelagerten Unterdruck-Aufspannköpfen (31) besteht, wobei der Hauptteil und die Unterdruck-Aufspannköpfe jeweils Bohrungen (3V, 33) aufweisen, die mit der vorgenannten Bohrung (23) im Hauptteil verbunden sind, und an die Aufspannköpfe ein Unterdruck anlegbar ist, durch den Plättchen (52) an den Aufspannköpfen befestigbar sind, während an den Plättchen ein SchleifVorgang ausgeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Aufspannkopf (31) eine Vielzahl zur freien Seite der Köpfe hin offener Ringnuten (32) aufweist und die Bohrungen (33) in den Unterdruck-Aufspannköpfen in Verbindung mit den Nuten stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch ¹^, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruck-Aufspannköpfe aus einem im wesentlichen unverformbaren Werkstoff ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruck-Aufspannköpfe aus einem keramischen

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Werkstoff ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruck-Aufspannköpfe auf ihrer Rückseite mit einer Metallisierung versehen und mit dem Hauptteil (22) hartverlötet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Plättchen-Montagelehre (58), bestehend aus einem Block (59) mit einer zur einen Seite des Blocks hin offenen Ringausnehmung (61), einer sich über die Ringausnehmung erstreckenden biegsamen Membran (67), einer die Membran an dem Block befestigenden Deckplatte (69) mit einer Vielzahl die Ausnehmung überlagernder Ausnehmungen (73), wobei die Membran die Ringausnehmung bedeckt, sowie einer die Ringausnehmung ausfüllenden, verhältnismäßig unkomprimierbaren Flüssigkeit, einer Vielzahl einsetzbar in den Ausnehmungen der Deckplatte gelagerter Plättchen-Trägerblöcke (36) und Vorrichtungen (68) zum Festhalten der Plättchen-Trägerblöcke in den Ausnehmungen der Deckplatte und in Eingriff mit der Membran (67), welche zur Einstellung im wesentlichen gleichförmiger Kräfte dienen, die durch die Membran und die in der Ringausnehmung (61) befindliche Flüssigkeit auf die Plättchen-Trägerblöcke (36) ausübbar sind.

lo. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Festhalten der Plättchen-Träger-

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blöcke in den Ausnehmungen (73) der Deckplatte (69) aus an der Membran (67) auf der den Plättchen-Trägerblöcken abgewandten Seite befestigten Magneten (68) bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Maschine (7t) mit einer Polierplatte (76) mit einer Poliervorrichtung (77), wobei die Plättchen-Montagelehre (58) auf der Polierplatte in der Weise lagerbar ist, daß die Plättchen (52) der Poliervorrichtung gegenüberliegen, eine Vorrichtung (lol) zum Aufsetzen eines Gewichts (Io6) auf die Plättchen-Montagelehre und Vorrichtungen (79 - 98) zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Plättchen-Montagelehre und der auf der Polierplatte befindlichen Poliervorrichtung, wobei die Flüssigkeit in Verbindung mit der Membran (67) dazu dient, gleiche Kräfte auf sämtliche Plattchen-Trägerblocke (36) und damit während des Polierens im wesentlichen gleiche Kräfte auf die Plättchen (52) auszuüben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Plättchen-Montagelehre und der Polierplatte aus Vorrichtungen (79 - 98) bestehen, durch welche die Plättchen-Montagelehre um ihre eigene Achse und um eine in einem größeren Abstand von der Achse der Plättchen-Montagelehre entfernte Achse in Drehung versetzbar ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Befestigungspresse (37), bestehend aus einer Platte (38), zum Kühlen und Erwärmen der Platte dienenden Vorrichtungen (39), einem Plattchenführungsglied (41), Vorrichtungen (42) für die Lagerung des Plättchenführungsgliedes auf der Platte, welche eine senkrechte Bewegung des Führungsgliedes (41) in bezug auf die Platte gestatten, mehreren Ausnehmungen (49) in dem Plättchenführungsglied, einer Vielzahl in diesen Ausnehmungen einsetzbar gelagerter Plättchen-Trägerblöcke (36), deren Oberseiten freiliegen und die Befestigung von Plättchen gestatten, und einer Druckplatte (54), vermittels welcher die Plättchen (52) in Eingriff mit den Plättchen-Trägerblöcken (36) beaufschlagbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei auf jeden Plättchen-Trägerblock ein zum Befestigen eines Plättchens an dem Plättchen-Trägerblock dienendes Bindemittel aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (54), vermittels welcher die Plättchen in Eingriff mit den Plättchen-Trägerblocken beaufschlagbar sind, in der Weise ausgebildet ist, daß sämtliche Plättchen gleichzeitig und unter Belassung eines geringsten Abstandes in Eingriff mit den Plättchen-Trägerblöcken bringbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch elastisch federnde Vorrichtungen (48) zwischen Druckplatte

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und Plättchen und eine zum Bewegen der Druckplatte zu den auf den Plättchen-Trägerblöcken befestigten Plättchen hin bzw. von diesen weg dienende Vorrichtung (56).

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