SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置及切割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非良導(dǎo)體加工方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置，本發(fā)明還涉及SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，SiC作為第三代的半導(dǎo)體材料在功率器件和IC行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，但由于其硬度和脆性很高，使得切割及后續(xù)的加工過程成為器件制造過程的瓶頸?，F(xiàn)有技術(shù)對SiC的加工工序?yàn)?切割成片一研磨晶片一拋光晶片，其中切割部分就占據(jù)了整個(gè)工作量的50%左右。普通切割采用金剛石線鋸進(jìn)行切割，該方法存在以下問題:1.物理性切割，晶片變形嚴(yán)重，TTV(total thickness variat1n)較大，晶片表面呈鼓形；2.接觸性切割，磨粒磨損嚴(yán)重是導(dǎo)致晶片變形的主要因素，表面出現(xiàn)大量的線鋸劃痕；3.材料浪費(fèi)嚴(yán)重，線鋸有一定的直徑，為了切割完整一片，金剛石線鋸直徑不能太小，一般不低于0.2mm，因此單晶切縫不低于0.2mm，這就造成了珍貴材料的浪費(fèi)；4.機(jī)械接觸式切割過程中，機(jī)械裝備的安裝誤差引起線鋸的振動(dòng)，也會(huì)造成單晶切縫變大，造成珍貴材料的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中的接觸式切割法切割效率低、晶片變形大、表面質(zhì)量差、貴重材料浪費(fèi)嚴(yán)重的問題。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置，其特征在于，包括玻璃槽，玻璃槽安裝在機(jī)床夾具上，玻璃槽內(nèi)的底部固接有樹脂基座，樹脂基座上安裝有SiC晶棒，玻璃槽的上方設(shè)置有線鋸，線鋸的上方設(shè)置有超聲波發(fā)生器；線鋸與直流脈沖電源的負(fù)極相連作為陰極電極，SiC晶棒與直流脈沖電源的正極相連作為陽極電極，玻璃槽中裝有電解液并且電解液浸沒SiC晶棒，電解液中分散設(shè)置有金剛石微粒。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0008]線鋸采用外表面鍍銅的不銹鋼基體，直徑為0.12mm。
[0009]本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是:
[0010]SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割方法，所采用的切割裝置結(jié)構(gòu)如下:SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置，其特征在于，包括玻璃槽，玻璃槽安裝在機(jī)床夾具上，玻璃槽內(nèi)的底部固接有樹脂基座，樹脂基座上安裝有SiC晶棒，玻璃槽的上方設(shè)置有線鋸，線鋸的上方設(shè)置有超聲波發(fā)生器；線鋸與直流脈沖電源的負(fù)極相連作為陰極電極，SiC晶棒與直流脈沖電源的正極相連作為陽極電極，玻璃槽中裝有電解液并且電解液浸沒SiC晶棒，電解液中分散設(shè)置有金剛石微粒。線鋸采用外表面鍍銅的不銹鋼基體，直徑為0.12mm ;
[0011 ] 具體按照以下步驟實(shí)施:
[0012]步驟1、打開直流脈沖電源及超聲波發(fā)生器；
[0013]步驟2、使SiC晶棒向線鋸進(jìn)給，當(dāng)作為陰極的線鋸靠近作為陽極的SiC晶棒時(shí)，在直流脈沖電源的作用下，線鋸與SiC晶棒之間的介質(zhì)形成放電通道，放電通道內(nèi)的瞬時(shí)高溫使得作為陽極的SiC晶棒在放電處熔化、氣化，從而發(fā)生SiC晶棒材料的去除；同時(shí)，線鋸在超聲波發(fā)生器的作用下，通過電解液使金剛石微粒產(chǎn)生紊流研磨，進(jìn)一步切割SiC晶棒。
[0014]本發(fā)明另一個(gè)技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于:
[0015]步驟I中的直流脈沖電源的電壓為0-700V、電壓脈沖寬度為6 μ s_18 μ S、峰值電流為0-500A、電流脈沖寬為1000 μ s-3000 μ S。
[0016]步驟I中的超聲波發(fā)生器的振幅為0.1-0.5 μ m，頻率為20kHz。
[0017]步驟2中的電解液的pH值為7-9。
[0018]步驟2中的電解液和金剛石微粒的體積比為10:5到10:1。
[0019]步驟2中使得線鋸與SiC晶棒之間的介質(zhì)形成放電通道的直流脈沖電源的參數(shù)值為:電壓300-700V、電壓脈沖寬度6 μ s-18 μ S、峰值電流300-500Α、電流脈沖寬1000 μs-3000 μ S。
[0020]步驟2中使金剛石微粒產(chǎn)生紊流研磨的超聲波發(fā)生器的參數(shù)為:振幅0.1-0.5 μπι，頻率 20kHz ο
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過超聲振動(dòng)加工和電化學(xué)加工復(fù)合方法縮短了SiC單晶片的成品加工時(shí)間，提高了材料去除率和晶片表面質(zhì)量，降低了金剛石線鋸的磨損和珍貴硬脆材料由于線鋸直接切割造成的浪費(fèi)，提高了其使用壽命。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中，1.超聲波發(fā)生器，2.線鋸，3.SiC晶棒，4.導(dǎo)電粘結(jié)劑，5.電解液，6.樹脂基座，7.玻璃槽，8.電源，9.金剛石微粒。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0025]SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括玻璃槽7，玻璃槽7安裝在機(jī)床夾具上，玻璃槽7內(nèi)的底部固接有樹脂基座6，樹脂基座6上安裝有SiC晶棒3，玻璃槽7的上方設(shè)置有線鋸2，線鋸2的上方設(shè)置有超聲波發(fā)生器I ;線鋸2與直流脈沖電源8的負(fù)極相連作為陰極電極，SiC晶棒3與直流脈沖電源8的正極相連作為陽極電極，玻璃槽7中裝有電解液5并且電解液5浸沒SiC晶棒3，電解液5中分散設(shè)置有金剛石微粒9 ;線鋸2采用外表面鍍銅的不銹鋼基體，直徑為0.12mm。
[0026]SiC單晶片的超聲電復(fù)合切割方法，所采用的切割裝置結(jié)構(gòu)如下:包括玻璃槽7，玻璃槽7安裝在機(jī)床夾具上，玻璃槽7內(nèi)的底部固接有樹脂基座6，樹脂基座6上安裝有SiC晶棒3，玻璃槽7的上方設(shè)置有線鋸2，線鋸2的上方設(shè)置有超聲波發(fā)生器I ;線鋸2與直流脈沖電源8的負(fù)極相連作為陰極電極，SiC晶棒3與直流脈沖電源8的正極相連作為陽極電極，玻璃槽7中裝有電解液5并且電解液5浸沒SiC晶棒3，電解液5中分散設(shè)置有金剛石微粒9 ;線鋸2采用外表面鍍銅的不銹鋼基體，直徑為0.12mm。
[0027]上述裝置中SiC晶棒3使用導(dǎo)電膠(導(dǎo)電粘合劑)4固定在樹脂基座6上，線鋸2采用不銹鋼基體外面鍍銅，直徑為0.12mm ;超聲波發(fā)生器I對線鋸2施加垂直方向的脈沖。
[0028]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0029]步驟1、打開直流脈沖電源8及超聲波發(fā)生器I并作用在線鋸2上；
[0030]步驟2、SiC晶棒被機(jī)床工作臺載動(dòng)并向線鋸2進(jìn)給，當(dāng)作為陰極的線鋸2靠近作為陽極的SiC晶棒時(shí)，在直流脈沖電源8的作用下，線鋸2與SiC晶棒之間的介質(zhì)形成放電通道，放電通道內(nèi)的瞬時(shí)高溫使得作為陽極的SiC晶棒在放電處熔化、氣化，從而發(fā)生SiC晶棒材料的去除；同時(shí)，線鋸2在超聲波發(fā)生器I的作用下，通過電解液5使金剛石微粒9產(chǎn)生紊流研磨，由于SiC晶棒在電解液5的作用下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其表面形成S12氧化層，金剛石微粒9的紊流研磨對該S12氧化層產(chǎn)生機(jī)械磨削作用，進(jìn)一步達(dá)到切割SiC晶棒的目的。
[0031]其中，步驟I中所述的直流脈沖電源8的電壓為0-700V、電壓脈沖寬度為6 μ s-18 μ s、峰值電流為0-500Α、電流脈沖寬為1000 μ s-3000 μ s ;超聲波發(fā)生器I的振幅為0.1-0.5 μπι，頻率為20kHz。步驟2中所述的使得線鋸2與SiC晶棒3之間的介質(zhì)形成放電通道的直流脈沖電源8的參數(shù)值為電壓300-700V、電壓脈沖寬度6 μ s-18 μ s、峰值電流300-500A、電流脈沖寬1000 μ s-3000 μ S。使金剛石微粒9產(chǎn)生紊流研磨的超聲波發(fā)生器I的參數(shù)為振幅0.1-0.5 μ m，頻率20kHz。步驟2中所述的電解液5的pH值為7_9，電解液5和金剛石微粒9的體積百分比為10:5到10:1。
[0032]該裝置切割SiC單晶片的原理是同時(shí)利用了機(jī)械磨削、電解、火花放電及電化學(xué)腐蝕的一種混合加工方法。主要包括以下四個(gè)部分:
[0033]a.電解過程:裝置中的陽極電極，陰極電極及直流電源可以使電解液中的水發(fā)生電解反應(yīng)，從而在陰極電極析出氫氣氣泡，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行生成的氣泡增多并將陰極電極包圍起來與陽極電極之間形成帶有絕緣性能的氣體介質(zhì)。
[0034]b.火花放電過程:由于線鋸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使陰極電極逐漸靠近陽極電極，電解過程中產(chǎn)生的大量氫氣氣泡包圍著陰極電極使其與陽極電極之間形成帶有絕緣性能的氣體介質(zhì)，當(dāng)陰陽兩電極靠近到一定距離時(shí)，在直流脈沖電的作用下氣體介質(zhì)被擊穿，陽極電極與陰極電極之間形成放電通道，放電通道內(nèi)的瞬時(shí)高溫使得作為陽極的工件材料在放電處熔化、氣化，從而發(fā)生了材料的去除。
[0035]c.電化學(xué)腐蝕過程:在通電條件下陽極的SiC與電解液中的OH-離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成S12附著在SiC表面，使得在SiC表面形成一層薄的S1 2氧化層。研究表明若SiC表面有劃痕或損傷有助于提高氧化物的生成速率，因此火花放電過程中形成的粗糙表面有利于電化學(xué)腐蝕過程的進(jìn)行。
[0036]d.機(jī)械磨削過程:運(yùn)動(dòng)的線鋸在超聲作用下，通過電解液對磨粒具有“紊流”作用，使得金剛石磨粒產(chǎn)生“紊流研磨”，對切割形成的晶片在電化學(xué)腐蝕過程中SiC表面形成的S12氧化層產(chǎn)生機(jī)