專利名稱:大直徑SiC單晶的切割方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種大尺寸碳化硅(SiC)單晶的切割方法,屬于晶體材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
SiC是繼硅(Si)、砷化鎵(GaAs)之后發(fā)展起來(lái)的重要的第三代半導(dǎo)體材料,具有寬禁帶、高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和遷移速度等特點(diǎn),在高溫、高頻、大功率、微電子器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
生長(zhǎng)出高質(zhì)量的大直徑SiC單晶后,要將晶棒切割成晶片,經(jīng)過(guò)磨拋加工,制備成表面無(wú)缺陷、無(wú)損傷、超光滑的厚度在0.2~0.3mm的襯底,然后在其上經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)或其他半導(dǎo)體器件工藝,制備成高性能的半導(dǎo)體器件。襯底表面質(zhì)量和精度的優(yōu)劣,將直接影響到其器件的性能。因此在加工過(guò)程中必須達(dá)到以后工序要求的平整度、平行度等要求,最大限度減少晶片損傷層。
切片是SiC單晶由晶棒變成晶片的一個(gè)重要步驟,這一工序決定了晶片在以后工序中翹曲度大小,同時(shí)此晶片的厚度對(duì)以后工序的效率如晶面研磨、拋光等都有決定性的影響。而且SiC晶片是一種非常昂貴的材料,目前國(guó)際市場(chǎng)上的價(jià)格一般在1000美金以上,因此加工過(guò)程中提高切割效率,減少損失,提高材料利用率是非常重要的??傊?,對(duì)SiC單晶切割的要求是切片翹曲度小、厚度均勻、刀縫損失小。但是,由于SiC的莫氏硬度為9.2,硬度僅次于金剛石,而且化學(xué)穩(wěn)定性好,常溫下幾乎不與其它物質(zhì)反應(yīng),故SiC的加工難度很大,已經(jīng)成為SiC單晶廣泛應(yīng)用所必須解決的重要問(wèn)題之一。
晶體切片的常規(guī)方法包括內(nèi)、外圓切割法和線切割法。內(nèi)、外圓切割法是利用邊緣鑲有金剛石的金屬鋸片來(lái)切割晶棒的。由于鋸片相當(dāng)薄,在此切割過(guò)程中任何鋸片上的變形都會(huì)導(dǎo)致所切晶片外形尺寸上的缺陷,該方法只能用來(lái)切割小尺寸比如1英寸的SiC單晶,單晶直徑增大后,切割過(guò)程中必須更換鋸片,很容易造成晶片破裂,同時(shí)該方法要求晶片厚度應(yīng)在2mm以上,小于2mm晶片易開裂,造成很大材料浪費(fèi)。但是作為氮化鎵襯底基片的碳化硅,要求其切割厚度在0.7mm以下。如果用內(nèi)、外圓切割法,多余的1.3mm左右的碳化硅只能靠研磨減薄,而減薄碳化硅需要大量的工時(shí)和使用昂貴的金剛石磨料,這不但降低了工作效率,還極大地浪費(fèi)了材料,增加了成本。如果切割大直徑(直徑不小于2英寸)的SiC晶體,隨著切割深度的增加,鋸片上的金剛石磨損嚴(yán)重,鋸片容易變形,切削能力不斷下降,往往在切一片2英寸的SiC單晶時(shí)要多次換刀片。因此內(nèi)、外圓切割方法,工藝繁瑣,成本高,不適用于大直徑SiC單晶的切割。常規(guī)的線切割一般是用來(lái)切割導(dǎo)電金屬的,其原理是電極絲和工件之間進(jìn)行脈沖放電,產(chǎn)生高溫,使金屬熔化,從而達(dá)到切割的目的。但SiC是硬度很高的半導(dǎo)體材料,常規(guī)的切割線也不適于切割SiC單晶。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有切割大直徑SiC單晶方法的不足,采用一種具有切割操作簡(jiǎn)便、切割翹曲度小、刀縫損失小、厚度均勻性好的大直徑SiC單晶的切割方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種大直徑SiC單晶的切割方法,使用線切割機(jī),采用直徑為150μm至450μm、外層鍍有金剛石顆粒的金剛石切割線,利用金剛石切割線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)大直徑SiC單晶棒的切割。
大直徑SiC單晶的具體切割步驟如下(1)調(diào)整水平操作前首先調(diào)整切割機(jī)處于水平狀態(tài);(2)繞線將金剛石切割線裝到繞線輪上,然后繞過(guò)張緊輪和導(dǎo)線輪,使通過(guò)繞線輪、張緊輪、導(dǎo)線輪的金剛石線在同一個(gè)平面上,并使線上張力均勻分布;(3)安裝待切割SiC晶體將待切割的SiC單晶棒粘接在專用底座上,調(diào)整好切割方向和范圍后將底座固定在工件臺(tái)上;(4)確定參數(shù)確定晶片厚度和切片速度;(5)切割當(dāng)SiC單晶棒切完一片后,線鋸自動(dòng)提起,回到初始位置,然后工作臺(tái)移動(dòng)到切割第二片的位置,開始切割第二片;如此反復(fù)直至按照預(yù)先設(shè)計(jì)的切割片數(shù)切完為止;(6)程序結(jié)束,取片。
在切片過(guò)程中,切片速度隨著SiC晶體上切口長(zhǎng)度的變化而改變,平均速度為0.001~0.005mm/s。
利用該技術(shù)切割出的SiC晶片的最小厚度可以達(dá)到200μm,翹曲度小于30μm,厚度不均勻度TTV(Total Thickness Variation)小于20μm。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可實(shí)現(xiàn)直徑不小于2英寸的SiC單晶的連續(xù)切割;2、由于金剛石線線徑小,因此刀縫損失小,刀痕淺,對(duì)晶片造成的損傷小,而且可以切出最小厚度達(dá)200μm的晶片,極大地節(jié)省了成本;3、切割出的晶片翹曲度小,厚度均勻性好,給后續(xù)的工藝提供了方便;4、工藝簡(jiǎn)單,操作方便,自動(dòng)化程度高,切割精度高。
四
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種大直徑SiC單晶的切割方法,使用美國(guó)生產(chǎn)的RTS440線切割機(jī),采用直徑為250μm的金剛石切割線,其刀縫寬度為275μm,利用金剛石切割線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑為2英寸,厚度為15mm的SiC單晶棒的切割。
具體切割步驟如下(1)調(diào)整水平操作前首先調(diào)整切割機(jī)處于水平狀態(tài);(2)繞線將金剛石切割線裝到繞線輪上,然后繞過(guò)張緊輪和導(dǎo)線輪,使通過(guò)繞線輪、張緊輪、導(dǎo)線輪的金剛石線在同一個(gè)平面上,并使線上張力均勻分布;(3)安裝待切割SiC晶體將待切割的SiC單晶棒粘接在專用底座上,調(diào)整好切割方向和范圍后將底座固定在工件臺(tái)上;(4)確定參數(shù)確定晶片厚度和切片速度;(5)切割當(dāng)SiC單晶棒切完一片后,線鋸自動(dòng)提起,回到初始位置,然后工作臺(tái)移動(dòng)到切割第二片的位置,開始切割第二片;如此反復(fù)直至按照預(yù)先設(shè)計(jì)的切割片數(shù)切完為止;(6)程序結(jié)束,取片。
單晶的平均切片速度為0.001~0.005mm/s,共可以切割15片厚度為0.7mm的SiC晶片,每片的翹曲度小于30μm,厚度不均勻度TTV小于25μm。
實(shí)施例2切割方法、具體切割步驟與平均切片速度同實(shí)施例1,使用線徑為450μm的金剛石線切割厚度為15mm的SiC單晶棒,其刀縫寬度為475μm,可以切割12片0.7mm厚的SiC晶片,每片的翹曲度小于30μm,厚度不均勻度TTV小于25μm。
實(shí)施例3切割方法、具體切割步驟與平均切片速度同實(shí)施例1,使用線徑為150μm的金剛石線切割厚度為15mm的SiC單晶棒,其刀縫寬度為175μm,可以切割17片0.7mm厚的SiC晶片,每片的翹曲度小于30μm,厚度不均勻度TTV小于25μm。
權(quán)利要求
1.一種大直徑SiC單晶的切割方法,其特征在于,使用線切割機(jī),采用直徑為150μm至450μm、外層鍍有金剛石顆粒的金剛石切割線,利用金剛石切割線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑不小于2英寸的SiC單晶棒的切割。
2.如權(quán)利要求1所述的大直徑SiC單晶的切割方法,其特征在于,具體切割步驟如下(1)調(diào)整水平操作前首先調(diào)整切割機(jī)處于水平狀態(tài);(2)繞線將金剛石切割線裝到繞線輪上,然后繞過(guò)張緊輪和導(dǎo)線輪,使通過(guò)繞線輪、張緊輪、導(dǎo)線輪的金剛石線在同一個(gè)平面上,并使線上張力均勻分布;(3)安裝待切割SiC晶體將待切割的SiC單晶棒粘接在專用底座上,調(diào)整好切割方向和范圍后將底座固定在工件臺(tái)上;(4)確定參數(shù)確定晶片厚度和切片速度;(5)切割當(dāng)SiC單晶棒切完一片后,線鋸自動(dòng)提起,回到初始位置,然后工作臺(tái)移動(dòng)到切割第二片的位置,開始切割第二片;如此反復(fù)直至按照預(yù)先設(shè)計(jì)的切割片數(shù)切完為止;(6)程序結(jié)束,取片。
3.如權(quán)利要求1或2所述的大直徑SiC單晶的切割方法,其特征在于,在切片過(guò)程中,切片速度隨著SiC晶體上切口長(zhǎng)度的變化而改變,平均速度為0.001~0.005mm/s。
全文摘要
大直徑SiC單晶的切割方法,屬于晶體材料加工技術(shù)領(lǐng)域。使用線切割機(jī),采用直徑為150μm至450μm、外層鍍有金剛石顆粒的金剛石切割線,利用金剛石切割線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)大直徑SiC單晶棒的切割。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.可實(shí)現(xiàn)直徑不小于2英寸的SiC單晶的連續(xù)切割;2.由于金剛石線線徑小,因此刀縫損失小,刀痕淺,對(duì)晶片造成的損傷小,而且可以切出最小厚度達(dá)200μm的晶片,極大地節(jié)省了成本;3.切割出的晶片翹曲度小,厚度均勻性好,給后續(xù)的工藝提供了方便;4.工藝簡(jiǎn)單,操作方便,自動(dòng)化程度高,切割精度高。
文檔編號(hào)B26D1/46GK1739927SQ20051004458
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者徐現(xiàn)剛, 胡小波, 陳秀芳, 李娟 , 蔣民華 申請(qǐng)人:山東大學(xué)