CN1152422C - 制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是本发明采用的是线切割的加工方法，其工艺流程包含有(1)从碳化硅管上切割取坯料、(2)对坯料进行成形切割、梳出梳缝、(3)对初成品进行多道清洗，所用的清洗液有洗洁净、三氯乙烯、硫酸和双氧水，氢氟酸和纯水等、(4)清洗完后进行退火热处理、(5)然后再清洗、(6)接着是采用氢氧火焰(H₂O₂)对初成品进行抛光的工序、(7)为了消除抛光时产生的应力再进行退火热处理、(8)接着再进行清洗、(9)对初成品进行投影检测获合格品。本发明的优点是：设备投资小、制造成本低、是高科技产品却可使用低成本、劳动密集型的作业方式来生产。

Description

制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法

技术领域

本发明涉及半导体晶片的制造设备，更具体地说是一种半导体晶片生产过程中的碳化硅舟的切割制造方法。

背景技术

在现有技术中，高纯碳化硅舟是大规模集成电路在超高温加工过程中的承载器。大规模集成电路的芯片加工过程需要非污染环境，所以所用的承载器应是具有极高的纯度，特别要求Na、Fe、Mn、Cu、Cr、K等含量不得超标。清洗后的碳化硅舟洁净无污物，在高温环境下长时间使用不变形。半导体晶片的生产必须在石英热处理炉内进行，作为被加工的半导体圆晶片必须搁放在一个高纯净度的承载架(或称“舟”)上送入石英热处理炉内，并在其内按规定的技术要求进行热处理加工，完后再将该承载架(舟)连同被加工的半导体晶片一同用专用工具拖出炉腔，在晶片的加工过程中视技术工艺不同会有多次将晶片连舟自热处理炉内拉进拉出。半导体晶片生产过程中有时候是对单片的硅晶片进行单独的处理，有时候则是一次性对数目众多的晶片进行处理。因此作为运载工具的舟有多种规格样式，有的是只承载一片晶片的，有的则是一次性同时承载几十片乃至更多数量的晶片。对于一次性能承载许多晶片的舟，其本身在制造过程中要被加工出许多缝槽，以供晶片搁置其上。这种承载舟多般是碳化硅材质的。这种材质既硬又脆，加工难度很高，成本也很贵。在现有技术中这种碳化硅舟的制造方法有铸造法、激光切割法和磨割法(用金刚石磨割刀片)，这些加工方法都存在设备投资大、加工成本高的问题，磨割法还存在着破损率大的缺点从而也导致成本高。

发明内容

本发明提供一种以线切割为切割手段来制造碳化硅舟的工艺方法。本发明所要解决的问题就是减少成品破碎率，降低制造成本，同时又能用低成本的设备来进行加工制造碳化硅舟。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：先用线切割机床从圆筒形的碳化硅坯料上切割取材。然后按规定将切割取材得到的成批坯料单片地或成叠地放到线切割机床的夹具上固定好，进行切割、开槽，所用的切割线是以钨钼线或锰线为芯线，在其外表面上涂有金刚砂粉末，但采用多线平行切割工艺时加工精度难以保证。线规格在0.1-2毫米丝的直径范围。金刚砂粒度为240～280粒/cm²，线速5～10米/秒，采用CNC数控机床进行单线切割时加工质量较好。当然为了提高生产效率也可以采用多线平行进给切割，但采用多线平行切割工艺时加工精度难以保证。切割由于切割时所用的冷却液中有油脂成份，所以切割完后需要对初成品进行清洗(去油脂、去除有害金属元素如Fe、Mn、Cu、Cr、Na、K等杂质、去颗粒)，清洗工序需要进行多次。各道清洗分别用清洁净、三氯乙烯、硫酸加双氧水、氢氟酸加纯水，接下去就要对工件进行退火处理，退火热处理时升温应按规定的条件进行，升温太快，舟内的杂质析出不了，升温太慢影响生产效率。要在1150℃至1250℃的温度下保温大约30至40分钟。在热处理时先要把经过清洗的碳化硅舟工件进行干燥，然后，置入一只高净度的封闭的石英缸内再连缸带舟一同放入热处理炉内进行处理。此时石英缸是作为一个隔离体，将碳化硅舟与炉内的杂气、尘埃相隔离，以保持被加工件(碳化硅舟)的高纯净度。在进行一道退火处理后，又要对被加工的碳化舟进行清洗，将退火时析出的杂质用氢氟酸、纯水进行清洗。清洗可以采用“浸泡加刷洗”的方式进行，这种“退火-清洗”要反复循环进行几次，直到退火后的碳化硅舟的表面色泽达到恢复其本色为止。一般这样的循环要进行三、四次，目的在于不断清除碳化硅舟的表面含硅杂质。清洗完毕后用H₂O₂氢氧火焰对半成品碳化硅舟进行抛光处理，其性质也属清洁。抛光温度超过1700℃。抛光后由于会在初成品中产生应力，需要再退火，目的在于消除半成品碳化硅舟中的应力。当然经过退火处理时必须紧跟着再清洁，再干燥处理入成品检验。在成品检验时需用放大镜对碳化硅舟进行清洁度和色泽的检查，最重要的是要用投影仪对受检碳化硅舟的几何尺寸进行检测，然后就得到合格的碳化硅舟成品。最终获得的

元素	ppm	元素	ppm
				Ni	0.3	Fe	3.0
Mn	0.05	Mg	0.04
				Cu	0.03	Cr	0.02
Na	0.3	K	0.2
				Ca	0.4	Al	50
B	0.4

成品碳化硅舟是高纯度、高洁净的，其杂质含量控制在下表中规定的数据的范围内。保证表面无污物。耐超高温1700℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：生产效率高，不需开模具，不需昂贵的设备投资，采用单线切割具有精度高、破损率低的好处，这种避开昂贵的设备花费充分利用人工的低成本的作业方式，正适合于劳动密集从事的却是高科技产业的合理产业方向和目前我国的国情。

附图说明

图1是本发明线切割加工工艺及设备原理图(反映坯料的割取)；

图2是本发明碳化硅舟的割槽工作示意图。

图3是本发明碳化硅舟的热处理升温曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

第一实施例，图1所示的是本发明用来加工制造半导体晶片用的碳化硅舟的线切割加工设备和工艺的示意图，工件1被夹具夹持在工作台上，由一个辊筒和两个导轮组成的切割线传动系，最上面的那个辊筒为绕线驱动辊筒2，导轮3、3′可以调节切割线4的张力。切割线4的芯线为钨钼线，外包含刚砂粉末涂层。所述金刚砂粉末的粒度为260粒/厘米2，所述金刚石粉末的硬度为莫氏10级。所述的切割线4被卷绕在驱动辊筒2上(见图2)，驱动辊筒2的旋转速度决定了切割线的运动线速度，所述的切割线的线速度为3米/秒。在切割时工件1被夹固在工作台5上，所述的工作台5可以上下进给运动。在线切割过程中需要不断喷淋冷却液，所述的工作台配有集水盘6，集水盘6的下面是盛液筒7，所述的冷却液通过管子和水泵8被送到工件1的上方不断地喷淋被加工的碳化硅工件1。图1所示的是本发明切割制造碳化硅舟的第(1)道工序，这就是从一个碳化硅圆筒体11上用线切割割取瓦片状的坯料。

图2显示的是本发明工序的第(2)步，这就是对在第(1)步工序中切割取材的碳化硅坯料9进行缝槽10的切割。所述的缝槽10的宽度为0.9毫米，所用的切割线4的线径为0.8毫米。采取人工单线切割加工。导轮11、11′、11″可以调节其张紧度。驱动辊筒2的转速使切割线4的运动速度达到5米/秒左右。

在完成第(2)工序，即，对坯料的成形切割加工之后就获得了碳化硅舟的初成品，这是带多缝的呈瓦片状弧形弯曲的，中心带方形透孔的初成品。但在线切割加工过程中会有许多碳化硅粉状碎屑和冷却液中的油脂和杂质沾附在初成品上，以及在磨割过程中由于高温造成某些有害金属元素杂质的析出，所以，接下去必须对初成品进行多道清洗，这就是工序(3)。

在清洗工序(3)中又分为三步，首先是用一般的日用洗洁精对初成品进行去油脂和颗粒的清洗，清洗后即干燥，再换用三氯乙烯对初成品进行清洗，再干燥，三氯乙烯对矿物性油脂有较好的清洗效果。在上述两道清洗完成后接着进行第二项内容的清洗，这就是用浓硫酸(96％浓度)加配双氧水作清洗液(硫酸∶双氧水＝1∶2)对初成品进行清洗，目的在于除去一些有害的金属杂质如Fe、Mn、Cu、Cr、Na、K等，同时也清除一些颗粒状杂质，清洗(3)完后进行干燥。清洗工序的第三步是用氢氟酸HF和纯水作为清洗液对初成品进行清洗，主要是为了除去沾附在初成品上的含硅颗粒杂质。

在结束第(3)工序之后第一阶段的清洗就算是结束了，接下去是退火热处理工序(4)，此时，将经过清洗后的初成品放入一个石英方缸(未显示)内，加盖，再置入退火炉内，按图3所示的热处理温度特性曲线的要求进行升温、保温、热处理，所需时间约四小时。先是在60分钟内升温至900℃，然后保温30分钟，再花90分钟时间升温至1250℃，再保温30分钟，再后将工件从热处理炉内取出，在空气中自然冷却。

在上所述第(4)工序的退火结束后还要进行用氢氟酸HF加纯水作为清洗液的浸泡和刷洗的第(5)工序，这样的清洗可重复几次，直至退火后碳化硅舟初成品的表面色泽达到恢复其本色的程度为止。

接下去的工序是第(6)工序，这就是对初成品再进行氢氧火焰(H₂O₂)进行喷烧的抛光工序。目的在于进一步清除初成品表面析出的有害金属元素杂质。温度超过1700℃。抛光也属清洗性质的工序。

由于第(6)抛光工序的火焰高温会使初成品碳化硅舟产生应力，而这种应力必须消除。接下来的工序就是再进行退火热处理，这是工序(7)。此时仍按工序(4)退火热处理所用的温度特性曲线进行消除应力的退火热处理(7)。

在第(7)工序结束后接下去再进行清洗，这就是第(8)工序，用氢氟酸(25％)加净水(75％)形成的清洗液对初成品再进行清洗(8)，最后再用百分之百的纯水进行清洗，洗后进行干燥处理，即入成品检验工序。

第(9)道工序就是将自第(8)工序得到的初成品碳化硅舟进行用放大镜对其清洁度和表面色泽的检查，然后再用投影仪对碳化硅舟的几何尺寸进行检验，通过这两道检验后的初成品就成为最终合格产品上述所有工序均在高纯净度的环境下进行。然后作最后的包装，进仓待发。

本发明的第二实施例：其各项条件基本上与第一实施例相同，因为被加工的碳化硅舟切缝宽度为0.35毫米，所用的切割线是线径为0.2毫米的钨钼丝，切割线的运动线速度为7米/秒。

Claims (8)

1.一种制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其工艺步骤包含有：(1)从市售碳化硅管材上用线切割加工法切割取坯料；(2)对坯料进行成形切割(坯料的挖空、梳缝的割出)，3)对初成品进行至少三次清洗，所述的至少三次清洗为：首先用洗洁精或三氯乙烯去除初成品上由线切割加工中冷却液带来的油脂等有害物；清洗后即干燥，再用硫酸和双氧水作清洗液对初成品进行清洗，主要是去除各种有害金属元素杂质；接着再干燥，第三次用氢氟酸和纯水为清洗液对碳化硅舟初成品在切割过程中出现的硅杂质进行清洗；(4)退火热处理；(5)再清洗，即再用氢氟酸加纯水清洗初成品，清洗完后需接着进行干燥处理；(6)抛光：在多次重复循环的“退火—清洗—干燥”工序结束之后紧接着用氢氧火焰对初成品碳化硅舟进行火焰喷射抛光处理工序，温度超过1700℃以上；(7)退火：退火在1150℃～1250℃的温度环境下保温0.5小时；(8)清洗；(9)成品检验。

2.如权利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于所用的切割线是外表面上喷涂金刚石颗粒的钨钼线或锰线。

3.如权利要求2所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是：所述的切割线的线径为0.1-2毫米的范围。

4.如权利要求2或3所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是：所述的切割线外层涂复的金刚石粉末硬度为莫氏10级。

5.如权利要求4所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于：所述的切割线外表的金刚石粉末涂层中颗粒的粒度为240～280粒/cm²。

6.如权利要求1或2或3所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于：所述的切割线的运动线速度为5～10米/秒。

7.如权利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是：在退火时将被清洗和干燥后的碳化硅舟初成品置入一个超纯净度、超隔离杂质的封闭石英缸内再送入热处理炉内进行退火热处理(4)。

8.如权利要求1或2或3或7所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于：热处理的升温特征为从100℃升至900℃需60分钟，然后在900℃温度下保温30分钟左右，再花90分钟时间将炉温从900℃升至于1250℃，然后再保温30～40分钟，最后出炉在空气中自然冷却。

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