專利名稱：碳化硅晶體的定型定向的切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅晶體的定型定向切割的方法。
背景技術(shù)：
碳化硅晶體是第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，和第一代硅、第二代砷化鎵半導(dǎo)體材料相比，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高、電子飽和漂移速率高、電子遷移率高、介電常數(shù)小、抗輻射性能強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，以及與硅集成電路工藝兼容等特點(diǎn)，優(yōu)良的性能使得碳化硅晶體成為制造高溫、高頻、大功率、抗輻射、不揮發(fā)存儲(chǔ)器件及光電集成器件的優(yōu)選材料，成為國(guó)際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。同為第三代寬帶隙半導(dǎo)體的氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅等單晶材料雖然性能同樣優(yōu)異，但晶體生長(zhǎng)制備非常困難，而碳化硅單晶材料經(jīng)過多年的研究其生長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)取得突破，為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
將碳化硅晶體應(yīng)用于器件需加工成一定尺寸的晶片，基本工藝包括晶體生長(zhǎng)、晶錠裁切與檢測(cè)、外徑研磨、切片、圓邊、表層研磨、蝕亥IJ、拋光等步驟。由于碳化硅晶體硬度很高，僅次于金剛石，這為晶體加工帶來很大的困難，尤其是晶錠整形、切割階段，加工速度緩慢，耗用時(shí)間長(zhǎng)。工作效率較高的晶體切割方法一般是采用多線切割機(jī)切割，多線切割機(jī)有著表面損傷小、切縫損耗少、加工量大、切割效率高、切片質(zhì)量好、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)， 已漸成為半導(dǎo)體晶體切割方式的主流。多線切割機(jī)具備多個(gè)線鋸、纏繞有多個(gè)線鋸并可高速旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪以及安裝有晶體并以一定速度向線鋸移動(dòng)的刀架，線鋸依靠導(dǎo)輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)接收從漿料供給部提供的漿料，晶體經(jīng)過高速轉(zhuǎn)動(dòng)的線鋸被切割成多個(gè)晶片。由于碳化硅晶體具有各向異性的特點(diǎn)，所以在切割過程中，要嚴(yán)格按照要求的方向切割，切割角度可以通過X射線定向儀準(zhǔn)確測(cè)定。
利用多線切割機(jī)定向切割碳化硅晶錠時(shí)，由于物理氣相傳輸法生長(zhǎng)的碳化硅晶體往往長(zhǎng)度較短，通過整形而成的碳化硅晶錠的長(zhǎng)度也相對(duì)較短，遠(yuǎn)小于多線切割機(jī)的切割長(zhǎng)度，因此對(duì)單個(gè)碳化硅晶錠進(jìn)行切割顯然造成切割能力和時(shí)間的浪費(fèi)。
為了提高多線切割機(jī)的切割效率，專利CN101979230A公開了多線切割機(jī)分段切割碳化硅晶體的方法，該方法是根據(jù)所切割過程中晶體柱截面不同位置對(duì)應(yīng)的切割長(zhǎng)度的不同，變化切割速度，將工作臺(tái)的勻速進(jìn)給切割改為連續(xù)、分段不同速度進(jìn)給，從而保證切割質(zhì)量的前提下提高了切割效率。發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明人意識(shí)到，對(duì)于單個(gè)碳化硅晶錠的長(zhǎng)度小于多線切割機(jī)的切割長(zhǎng)度而造成的切割能力和時(shí)間的浪費(fèi)問題，通過將多個(gè)晶錠拼接的方式以使其滿足切割機(jī)的切割長(zhǎng)度，可能可以提高切割效率，同時(shí)通過改善切割工藝參數(shù)保證拼接后的晶錠精確定向，滿足定向切割的要求。
鑒于上述認(rèn)識(shí)，本發(fā)明提供一種碳化硅晶體的定型定向的切割方法，所述切割方法至少包括對(duì)多個(gè)碳化硅晶錠進(jìn)行整形處理并滾圓至所需尺寸的預(yù)處理工序；以及將多個(gè)所得碳化硅晶錠依次粘接成一個(gè)整體后同時(shí)進(jìn)行切割的切割工序。
本發(fā)明將多個(gè)碳化硅晶錠粘接成一個(gè)整體，使碳化硅晶錠的總長(zhǎng)度增加，然后再進(jìn)行切割，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長(zhǎng)度滿足多線切割機(jī)的切割長(zhǎng)度，而且能將多個(gè)晶錠同時(shí)切割出多個(gè)晶片，提高了切割效率。
在本發(fā)明中，所述切割工序可包括對(duì)所述碳化硅晶錠進(jìn)行加工定位邊，所述定位邊至少包括主定位邊。這樣可以利用所得的主定位作為基準(zhǔn)來進(jìn)行后續(xù)切割工序中的定位。
在本發(fā)明中，在所述切割工序中，以所述晶錠的主定位邊和圓周作為基準(zhǔn)，將所述多個(gè)晶錠粘接在定型支架上，并將粘接有晶錠的定型支架粘接到定型刀架上，然后將所述定型刀架置于多線切割機(jī)中，進(jìn)行切片。以主定位邊和圓周作為基準(zhǔn)，可以使多個(gè)晶錠精確定型并固定在定型支架上，使各晶錠的端面高度平行，因而能保證各個(gè)晶錠的取向一致，切割出的晶片定向偏差小。
在本發(fā)明中，在相鄰的碳化硅晶錠的端面之間用粘結(jié)用膠粘接，使多個(gè)碳化硅晶錠以一字排列。
在本發(fā)明中，所述定型支架可包括具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的上部和倒梯形下部，所述定型刀架可包括具有梯形槽的上部。由于定型支架的梯形下部與定型刀架的上部的梯形槽結(jié)合，因此便于定向固定于定型刀架上，在后續(xù)切割碳化硅晶錠時(shí)確保了切割方向的準(zhǔn)確性。 定型支架的臺(tái)階結(jié)構(gòu)可以從側(cè)面和底面固定晶錠，從而可以有效防止碳化硅晶錠的上下及左右偏移。
所述定型刀架的材質(zhì)可為不銹鋼、模具鋼或陶瓷材料。
所述定型支架的材質(zhì)可為玻璃或者陶瓷材料。
在本發(fā)明中，可采用粘結(jié)用膠將碳化硅晶錠固定于定型支架上，以及將定型支架上粘接到定型刀架上。
所述粘結(jié)用膠可為市售Q膠。又，其中，所述粘結(jié)用膠還可為在市售Q膠中摻入碳化硅粉形成的混合膠。采用混合了碳化硅的混合膠可提供粘結(jié)用膠的強(qiáng)度。一個(gè)優(yōu)選的例子是，所述混合膠中采用的碳化硅粉的粒徑為10 500// ，摻入量為0. 5 5g/10mL。
又，在所述預(yù)處理工序中，對(duì)多個(gè)所述碳化硅晶錠的頂部和底部進(jìn)行截?cái)嗵幚聿⒛テ?，以使所述碳化硅晶錠的頂部和底部分別具有平整的表面。
具體地，在所述預(yù)處理工序中，對(duì)磨平后的端面進(jìn)行定向，并修正端面至所需定向偏差內(nèi)。
在本發(fā)明中，晶錠頭尾部的整形處理采用外圓磨床截?cái)?，有效縮短了整形時(shí)間，且加工時(shí)外圓砂輪與晶錠屬于線接觸式加工，砂輪對(duì)晶錠沖擊較小，有效避免了晶錠在加工過程中的開裂現(xiàn)象。


圖1示意性地示出本發(fā)明方法中的整形工序； 圖2示意性地示出本發(fā)明方法中的所用的定型支架；圖3示意性地示出本發(fā)明方法中的所用的定型刀架；圖4示意性地示出本發(fā)明方法中的將固定有晶錠的定型支架固定在定型刀架上的狀態(tài)。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，并結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。應(yīng)理解附圖及下述實(shí)施方式僅是示例性地說明本發(fā)明，并不是限定本發(fā)明，在本發(fā)明的宗旨和范圍內(nèi)，下述實(shí)施方式可有多種變更。
本發(fā)明所用的碳化硅晶錠可為單晶錠或多晶錠，其可采用常用的物理氣相傳輸法生長(zhǎng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行制備。采用的晶錠的尺寸可以各異，下面采用2英寸碳化硅晶錠為例。但應(yīng)理解，其他尺寸或其他同質(zhì)異形體也是適用的。
參見圖1，其示出本發(fā)明方法中的優(yōu)選的整形工序的示意流程圖。其中對(duì)晶錠1的頂部進(jìn)行截?cái)嗵幚硎紫瓤蓪⒕уV1底面固定在專用夾具3上，用外圓磨床的外圓砂輪2將生長(zhǎng)面(頂部)截?cái)?參見圖1 (a) (b))，再用平面磨床將端面磨平(參見圖1 (c))。這里采用的夾具3的尺寸可以根據(jù)晶錠1的尺寸來確定，例如可與晶錠1生長(zhǎng)方向垂直的方向上晶錠1的寬度確定。對(duì)磨平的晶錠面進(jìn)行定向，然后修整端面至所需定向偏差，例如修正到晶相偏差10'左右。接著，可采用同樣的方法，整平晶錠1的底部，得到頂部端面和底部端面都經(jīng)過整形處理的晶錠1 (參見圖1 (d))。
接著，可對(duì)經(jīng)整形處理的晶錠進(jìn)行滾圓處理至所需尺寸。應(yīng)理解，尺寸是按需滾圓。然后可對(duì)滾圓的晶錠加工定位邊，例如至少加工主定位邊。但應(yīng)理解，也可加工側(cè)面的副定位邊，已在后續(xù)切割、拋光工藝中輔助定位。
上述整形過程采用平面磨床，滾圓過程采用外圓磨床。上述經(jīng)過整形的晶錠端面的定向偏差小于5'，借助在線定向儀時(shí)可使定向偏差為0'。在滾圓碳化硅晶錠時(shí)，夾頭的同心度要準(zhǔn)確調(diào)整，確保晶錠滾圓出來的圓周面與切割面垂直，便于后續(xù)定型固定。
在加工定位邊后，可以晶錠的主定位邊和圓周作為基準(zhǔn)，將多個(gè)晶錠粘接在定型支架上，并將粘接有晶錠的定型支架粘接到定型刀架上，然后將定型刀架置于多線切割機(jī)中，進(jìn)行切片。參照?qǐng)D4，圖4示出了本發(fā)明中的將粘接有晶錠的定型支架固定在定型刀架上的狀態(tài)，以主定位邊和圓周作為基準(zhǔn)，不僅便于定型定向，且可以使多個(gè)晶錠精確固定在定型支架上，切割出的晶片定向偏差小。
參照?qǐng)D2，其示出了本發(fā)明中使用的定型支架的示意圖，其示意性地示出本發(fā)明方法中的所用的定型支架，其帶有臺(tái)階形狀的上部用于多個(gè)碳化硅晶錠的有序排列固定，例如，利用主定邊固定在臺(tái)階的水平面上，將晶錠圓周面粘結(jié)在臺(tái)階的垂直面上以輔助定位。 定型支架的下部的形狀應(yīng)適合于固定刀架。一個(gè)示例中，定型支架的下部的形狀呈倒梯形， 這樣，與固定刀架的接觸面大，有利于將定型支架固定到固定刀架上。定型支架的上部?jī)?yōu)選具有加工精度高的上表面，這樣粘結(jié)多個(gè)晶錠后，可使各個(gè)晶錠的端面取向一致，以使其定向偏差達(dá)到切片定向要求。定型支架可由玻璃或陶瓷等材料制成，例如氧化鋁陶瓷。
本發(fā)明中的定型支架不僅起到定型定向的作用，而且由于是高精度加工而成，因此保證了其表面的平整度，以確保多個(gè)晶錠排列固定在上表面時(shí)，各晶錠的端面高度平行， 即各個(gè)晶錠的端面的定向方向取向一致，滿足切片定向的要求。
所用的定型刀架的上部的形狀應(yīng)與定型支架的下部匹配，例如定型刀架的上部具有梯形形狀(參見圖3)，以匹配具有倒梯形下部的定型支架。定型刀架可由不銹鋼、模具鋼或陶瓷等材料制成，并且可重復(fù)使用。
本發(fā)明中，優(yōu)選地在相鄰的晶錠的端面之間用膠體粘接，在粘接時(shí)輕輕壓緊，使兩個(gè)端面之間無縫隙。并且，要將一個(gè)晶錠生長(zhǎng)面與另一個(gè)晶錠的籽晶面粘接，以一字排列。 這樣，可進(jìn)一步提高多個(gè)晶錠的一體性，利于準(zhǔn)確切割。
本發(fā)明的粘接用膠體可為市售Q膠，但應(yīng)理解，其他合適的膠也是適用的。例如也可以使用在市售Q膠中摻入碳化硅粉形成的混合膠，混合膠中采用的碳化硅粉的粒徑優(yōu)選為10 500 μ m，摻入量?jī)?yōu)選為0. 5 5g/10mL。這樣，提高膠體固化后的強(qiáng)度，利于后期晶體切割。
本發(fā)明將定向精確的多個(gè)碳化硅晶錠粘接成一個(gè)整體，使碳化硅晶錠的總長(zhǎng)度增加，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長(zhǎng)度滿足多線切割機(jī)的切割長(zhǎng)度.而且能將多個(gè)晶錠可同時(shí)切割出多個(gè)晶片，提高了切割效率。
下面，進(jìn)一步例舉本發(fā)明的方法的實(shí)施例，同樣應(yīng)理解，下述實(shí)施例僅是示例性地說明本發(fā)明，并不是限定本發(fā)明。
以切割2英寸碳化硅晶錠為例，將一定數(shù)量的碳化硅晶錠的兩個(gè)端面整平，定向精度<5’，晶錠直徑滾圓至標(biāo)準(zhǔn)2英寸。滾圓時(shí)夾頭的同心度準(zhǔn)確調(diào)整，確保晶錠滾圓出來的圓周面與切割面垂直。之后將滾好圓的晶錠使用精密夾具夾持，磨出主、副定位邊。
選取一定數(shù)量的整好形的晶錠，滿足切割機(jī)所需長(zhǎng)度后，將晶錠依次用Q膠粘在標(biāo)準(zhǔn)定型支架(如圖2所示)，主定位邊粘在定型支架的上表面，圓周面緊靠定型支架一側(cè)凸起的側(cè)面，晶錠與晶錠涂少量Q膠輕輕壓緊，無可見縫隙即可。待所有晶錠粘到支架上后在 Q膠未固化前，擠壓所有晶錠保證定位邊與上表面、圓周與側(cè)面緊密粘結(jié)。
待膠基本固化后在定型刀架(如圖3所示)的梯形槽內(nèi)涂適量Q膠，把粘好晶錠的定型支架粘結(jié)到定型刀架的梯形槽內(nèi)，往一側(cè)擠壓片刻，防止產(chǎn)生偏差。
待Q膠完全固化后，將整個(gè)粘好晶錠的定型刀架(如圖4所示)置于切割機(jī)中準(zhǔn)確定位，進(jìn)行切割。
采用本方法切割后的晶片晶向偏差如下表1 ·2I 35 C "Ir,9'6" I 5*K'VI'4"H-J ) ‘“ HH W IM ^S—‘——1—7:—6'4"VV
使用本方法進(jìn)行碳化硅晶體的多晶錠的定型定向切割，不僅操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短，切割后晶片的定向偏差較小。
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短，適合廣泛用于碳化硅晶體的切割加工，具有很大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述切割方法至少包括對(duì)多個(gè)碳化硅晶錠進(jìn)行整形處理并滾圓至所需尺寸的預(yù)處理工序；以及將多個(gè)所得碳化硅晶錠依次粘接成一個(gè)整體后同時(shí)進(jìn)行切割的切割工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述切割工序包括對(duì)所述碳化硅晶錠進(jìn)行加工定位邊，所述定位邊至少包括主定位邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅晶體的定型定向切割的方法，其特征在于，在所述切割工序中，以所述碳化硅晶錠的主定位邊和圓周作為基準(zhǔn)，將多個(gè)所述碳化硅晶錠粘接在定型支架上，并將粘接有碳化硅晶錠的定型支架粘接到定型刀架上，然后將所述定型刀架置于多線切割機(jī)中，進(jìn)行切片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，在相鄰的碳化硅晶錠的端面之間用粘結(jié)用膠粘接，使多個(gè)碳化硅晶錠以一字排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述定型支架包括具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的上部和倒梯形下部，所述定型刀架包括具有梯形槽的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述定型刀架的材質(zhì)為不銹鋼、模具鋼或陶瓷材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述定型支架的材質(zhì)為玻璃或者陶瓷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，采用粘結(jié)用膠將碳化硅晶錠固定于定型支架上，以及將定型支架上粘接到定型刀架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述粘結(jié)用膠為市售Q膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述粘結(jié)用膠為在市售Q膠中摻入碳化硅粉形成的混合膠。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，所述混合膠中采用的碳化硅粉的粒徑為10 500 μ m，摻入量為0. 5 5g/10mL。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述預(yù)處理工序中，對(duì)多個(gè)所述碳化硅晶錠的頂部和底部進(jìn)行端面截?cái)嗖⒛テ教幚硪允顾鎏蓟杈уV的頂部和底部分別具有平整的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述預(yù)處理工序中，對(duì)磨平后的端面進(jìn)行定向，并修正端面至所需定向偏差內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化硅晶體的定型定向的切割方法，至少包括對(duì)多個(gè)碳化硅晶錠進(jìn)行整形處理并滾圓至所需尺寸的預(yù)處理工序；以及將多個(gè)所得碳化硅晶錠依次粘接成一個(gè)整體后同時(shí)進(jìn)行切割的切割工序。本發(fā)明將多個(gè)碳化硅晶錠粘接成一個(gè)整體，使碳化硅晶錠的總長(zhǎng)度增加，然后再進(jìn)行切割，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長(zhǎng)度滿足多線切割機(jī)的切割長(zhǎng)度，而且能將多個(gè)晶錠同時(shí)切割出多個(gè)晶片，提高了切割效率。
文檔編號(hào)B28D5/00GK102514109SQ20111045360
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者莊擊勇, 施爾畏, 楊建華, 王樂星, 陳輝, 黃維 申請(qǐng)人:上海硅酸鹽研究所中試基地, 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所