CN105922465B - 一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法，该方法包括如下步骤：1）选用粒径在2‑8微米的金刚石颗粒与冷却液混合成砂浆，其中，金刚石颗粒的质量占砂浆总质量的3‑50%，砂浆的粘度在0.1‑0.6dpa.s；2）将砂浆倒入池中，直径在6英寸以上的碳化硅单晶体浸入砂浆中，利用装有切割线的切割设备对碳化硅单晶进行切割。本发明的方法利用切割线，在混有金刚石颗粒的砂浆池中对碳化硅单晶体进行切割，砂浆中的金刚石颗粒粒径更小，晶体损耗更少，切割效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别是一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法。
背景技术
碳化硅单晶衬底在电力电子领域、光电子领域有非常广泛的应用。目前，诸如美国CREE公司、道康宁公司、欧洲Sicrystal公司、日本新日铁公司等工业化碳化硅单晶衬底供应商均采用物理气相传输沉积技术(PVT)进行碳化硅单晶生长。PVT技术存在诸如生长周期长、生长效率低、单根晶体长度短(10-20mm/根)等特点，因此，碳化硅单晶材料的单位长度成本高，制约了其产业化发展进度。当下，碳化硅单晶衬底产业正从多层面通过技术改进，提高单位长度晶体产出，从而提高投入产出比，促进碳化硅产业的发展进度。
碳化硅的硬度高，莫氏硬度9.2。目前，已报到的针对大尺寸(6英寸以上)碳化硅单晶材料的切割工艺，均采用电镀金刚石的钢线，也称金刚石砂线，进行加工。
金刚石砂线包括母线和金刚石电镀层，金刚石颗粒需要固结在母线表面且暴露在电镀层外，必然加大了锯丝的直径。母线上的金刚石颗粒的越大，切割效率越高，但是会在切割过程中造成过多浪费，反之，金刚石颗粒越小，切割效率越低，同时对碳化硅体的浪费越小；以切割500微米的碳化硅晶片为例，现实可行的做法是将金刚石颗粒的粒径控制在15-50微米，但单晶材料损耗依然很大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法，该方法包括如下步骤：
1)选用粒径在2-8微米的金刚石颗粒与冷却液混合成砂浆，其中，金刚石颗粒的质量占砂浆总质量的3-50％，砂浆的粘度在0.1-0.6dpa.s；
2)将砂浆倒入池中，直径在6英寸以上的碳化硅单晶体浸入砂浆中，利用装有切割线的切割设备对碳化硅单晶进行切割。
进一步，在所述步骤2)切割的同时，由超声波发生设备对所述砂浆进行震动，超声频率在20KHz至90KHz。
进一步，所述切割设备采用变速切割的方式，平均切割速度为0.5-1.5毫米/小时。
进一步，所述切割设备的切割供线速度：(0.2-1)*晶体厚度÷(切割片厚度+切割线直径+金刚石粉平均直径)米/分钟。
进一步，所述切割设备的切割运行速度：250-750米/秒。
进一步，所述切割设备的切割施加张力：20-50牛顿；摇摆角度：0-±10度。
进一步，所述冷却液为油。
本发明的方法利用切割线，在混有金刚石颗粒的砂浆池中对碳化硅单晶体进行切割，砂浆中的金刚石颗粒粒径更小，晶体损耗更少，切割效率更高。在增加超声波发生设备的辅助配合后，切割效率提高10-40％，切割后晶片表面质量可以得到有效保障。
附图说明
图1为6英寸晶片经过加工后TTV(总厚度变化量)图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。为增加对比性，比较了无超声波发生设备(实施例1)与有超声波发生设备辅助切割(实施例2、实施例3)的对比数据，详见下文。
实施例1
利用本发明的砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法切割6英寸碳化硅单晶晶体，所用切割线线径0.16mm，切割砂浆中选用的金刚石颗粒度D50＝5微米，切割砂浆粘度控制约0.45dpa.s，砂浆中金刚石含量15％，切割时间200H，即综合切割速度0.75m/H，切割供线速度0.4m/min；切割运行速度500m/s，最大摇摆角度2度，施加线张力40牛顿，晶体厚度10mm，切割片厚度500±15微米。
理论出片15.03片，实际出片15片。
切割效果描述：
1)表面质量：切割后，表面没有明显锯纹，可以进入下道工序加工，满足研磨要求；
2)厚度参数：切割后晶片5点厚度差最大约10微米，详细数据参见下表1。
表1超声波发生设备的切割片厚度差数据(抽检50％)
实施例2：
利用本发明的砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法切割6英寸碳化硅单晶晶体，所用切割线线径0.16mm，超声波发生设备的频率设定为40KHz，切割砂浆中选用的金刚石颗粒度D50＝5微米，切割砂浆粘度控制约0.46dpa.s，砂浆中金刚石含量15％，切割时间180H，即综合切割速度0.83m/H，切割供线速度：0.4m/min；切割运行速度500m/s，最大摇摆角度2度，施加线张力：40牛顿，晶体厚度10.5mm，切割片厚度500±10微米。
理论出片15.78片，实际出片16片。
切割效果描述：
1)切割效率：相对没有超声辅助，切割效率提高10％；
2)表面质量：切割后，表面没有明显锯纹，可以进入下道工序加工，满足研磨要求；
3)厚度参数：切割后晶片5点厚度差，参见下表2。
| 晶片号 | 中心点 | 主边 | 副边 | 主边对过 | 副边对过 | ΔT |
| 1 | 504 | 500 | 502 | 500 | 503 | 4 |
| 2 | 503 | 501 | 504 | 499 | 505 | 6 |
| 3 | 505 | 500 | 501 | 500 | 502 | 5 |
| 4 | 506 | 501 | 502 | 501 | 502 | 5 |
| 5 | 504 | 500 | 504 | 499 | 506 | 5 |
| 6 | 505 | 500 | 502 | 500 | 503 | 5 |
| 7 | 503 | 500 | 501 | 499 | 500 | 4 |
| 8 | 505 | 501 | 503 | 500 | 502 | 5 |
表2有超声波发生设备辅助的切割片厚度差数据(抽检50％)
如图1所示该批次切割片进过研磨、抛光后，测试加工完的晶片总厚度变化情况(TTV＝3.362微米)。
实施例3：
利用本发明的砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法切割6英寸碳化硅单晶晶体，所用切割线线径0.16mm，超声波发生设备频率设定为40KHz，切割砂浆中选用的金刚石颗粒度D50＝5微米，切割砂浆粘度控制约0.45dpa.s，砂浆中金刚石含量20％，切割时间150H，即综合切割速度1m/H，切割供线速度：0.4m/min；切割运行速度500m/s，最大摇摆角度2度，施加线张力：40牛顿，晶体厚度9.5mm，切割片厚度500±10微米。
理论出片14.3片，实际出片15片。
切割效果描述：
1)切割效率：相对没有超声辅助，切割效率提高25％；
2)表面质量：切割后，表面没有明显锯纹，可以进入下道工序加工，满足研磨要求；
3)厚度参数：切割后晶片5点厚度差，参见下表3。
| 晶片号 | 中心点 | 主边 | 副边 | 主边对过 | 副边对过 | ΔT |
| 1 | 507 | 501 | 503 | 500 | 503 | 7 |
| 2 | 506 | 500 | 501 | 499 | 502 | 7 |
| 3 | 507 | 500 | 503 | 500 | 502 | 7 |
| 4 | 509 | 503 | 502 | 500 | 502 | 9 |
| 5 | 508 | 500 | 503 | 500 | 501 | 8 |
| 6 | 506 | 502 | 504 | 499 | 503 | 7 |
| 7 | 506 | 500 | 501 | 500 | 500 | 6 |
表3有超声波发生设备辅助的切割片厚度差数据(抽检50％)
上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种具体实施方式都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）选用粒径在2-8微米的金刚石颗粒与冷却液混合成砂浆，其中，金刚石颗粒的质量占砂浆总质量的3-50%，砂浆的粘度在0.1-0.6dpa.s；
2）将砂浆倒入池中，直径在6英寸以上的碳化硅单晶体浸入砂浆中，利用装有切割线的切割设备对碳化硅单晶进行切割；
在所述步骤2）切割的同时，由超声波发生设备对所述砂浆进行震动，超声频率在20KHz至90KHz；所述切割设备采用变速切割的方式，平均切割速度为0.5-1.5毫米/小时；所述切割设备的切割供线速度：（0.2-1）*晶体厚度÷（切割片厚度+切割线直径+金刚石粉平均直径）米/分钟；所述切割设备的切割运行速度：250-750米/秒；所述切割设备的切割施加张力：20-50牛顿；摇摆角度：0-±10度；所述冷却液为油。
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