專利名稱：碳化硅晶體的定型定向的切割方法
技術領域：
本發明涉及晶體加工技術領域，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：
碳化硅晶體是第三代寬帶隙半導體材料，和第一代硅、第二代砷化鎵半導體材料相比，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率高、電子飽和漂移速率高、電子遷移率高、介電常數小、抗輻射性能強、化學穩定性好等優良的物理化學性質，以及與硅集成電路工藝兼容等特點，優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、不揮發存儲器件及光電集成器件的優選材料，成為國際上新材料、微電子和光電子領域研究的熱點。同為第三代寬帶隙半導體的氮化鎵、氮化鋁、氧化鋅等單晶材料雖然性能同樣優異，但晶體生長制備非常困難，而碳化硅單晶材料經過多年的研究其生長技術已經取得突破，為大規模產業化應用奠定了基礎。
將碳化硅晶體應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、晶錠裁切與檢測、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，耗用時間長。工作效率較高的晶體切割方法一般是采用多線切割機切割，多線切割機有著表面損傷小、切縫損耗少、加工量大、切割效率高、切片質量好、運行成本低等諸多優點， 已漸成為半導體晶體切割方式的主流。多線切割機具備多個線鋸、纏繞有多個線鋸并可高速旋轉的導輪以及安裝有晶體并以一定速度向線鋸移動的刀架，線鋸依靠導輪高速轉動的同時接收從漿料供給部提供的漿料，晶體經過高速轉動的線鋸被切割成多個晶片。由于碳化硅晶體具有各向異性的特點，所以在切割過程中，要嚴格按照要求的方向切割，切割角度可以通過X射線定向儀準確測定。
利用多線切割機定向切割碳化硅晶錠時，由于物理氣相傳輸法生長的碳化硅晶體往往長度較短，通過整形而成的碳化硅晶錠的長度也相對較短，遠小于多線切割機的切割長度，因此對單個碳化硅晶錠進行切割顯然造成切割能力和時間的浪費。
為了提高多線切割機的切割效率，專利CN101979230A公開了多線切割機分段切割碳化硅晶體的方法，該方法是根據所切割過程中晶體柱截面不同位置對應的切割長度的不同，變化切割速度，將工作臺的勻速進給切割改為連續、分段不同速度進給，從而保證切割質量的前提下提高了切割效率。發明內容
鑒于現有技術存在的上述問題，本發明人意識到，對于單個碳化硅晶錠的長度小于多線切割機的切割長度而造成的切割能力和時間的浪費問題，通過將多個晶錠拼接的方式以使其滿足切割機的切割長度，可能可以提高切割效率，同時通過改善切割工藝參數保證拼接后的晶錠精確定向，滿足定向切割的要求。
鑒于上述認識，本發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多個碳化硅晶錠進行整形處理并滾圓至所需尺寸的預處理工序；以及將多個所得碳化硅晶錠依次粘接成一個整體后同時進行切割的切割工序。
本發明將多個碳化硅晶錠粘接成一個整體，使碳化硅晶錠的總長度增加，然后再進行切割，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長度滿足多線切割機的切割長度，而且能將多個晶錠同時切割出多個晶片，提高了切割效率。
在本發明中，所述切割工序可包括對所述碳化硅晶錠進行加工定位邊，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來進行后續切割工序中的定位。
在本發明中，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，將所述多個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中，進行切片。以主定位邊和圓周作為基準，可以使多個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，因而能保證各個晶錠的取向一致，切割出的晶片定向偏差小。
在本發明中，在相鄰的碳化硅晶錠的端面之間用粘結用膠粘接，使多個碳化硅晶錠以一字排列。
在本發明中，所述定型支架可包括具有臺階結構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合，因此便于定向固定于定型刀架上，在后續切割碳化硅晶錠時確保了切割方向的準確性。 定型支架的臺階結構可以從側面和底面固定晶錠，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可為不銹鋼、模具鋼或陶瓷材料。
所述定型支架的材質可為玻璃或者陶瓷材料。
在本發明中，可采用粘結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。
所述粘結用膠可為市售Q膠。又，其中，所述粘結用膠還可為在市售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用膠的強度。一個優選的例子是，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，在所述預處理工序中，對多個所述碳化硅晶錠的頂部和底部進行截斷處理并磨平，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，在所述預處理工序中，對磨平后的端面進行定向，并修正端面至所需定向偏差內。
在本發明中，晶錠頭尾部的整形處理采用外圓磨床截斷，有效縮短了整形時間，且加工時外圓砂輪與晶錠屬于線接觸式加工，砂輪對晶錠沖擊較小，有效避免了晶錠在加工過程中的開裂現象。
圖1示意性地示出本發明方法中的整形工序； 圖2示意性地示出本發明方法中的所用的定型支架；圖3示意性地示出本發明方法中的所用的定型刀架；圖4示意性地示出本發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。
具體實施方式
以下，參照附圖，并結合下述實施方式進一步說明本發明。應理解附圖及下述實施方式僅是示例性地說明本發明，并不是限定本發明，在本發明的宗旨和范圍內，下述實施方式可有多種變更。
本發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。本領域技術人員可以根據現有技術的相關技術進行制備。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。但應理解，其他尺寸或其他同質異形體也是適用的。
參見圖1，其示出本發明方法中的優選的整形工序的示意流程圖。其中對晶錠1的頂部進行截斷處理首先可將晶錠1底面固定在專用夾具3上，用外圓磨床的外圓砂輪2將生長面(頂部)截斷(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的尺寸可以根據晶錠1的尺寸來確定，例如可與晶錠1生長方向垂直的方向上晶錠1的寬度確定。對磨平的晶錠面進行定向，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過整形處理的晶錠1 (參見圖1 (d))。
接著，可對經整形處理的晶錠進行滾圓處理至所需尺寸。應理解，尺寸是按需滾圓。然后可對滾圓的晶錠加工定位邊，例如至少加工主定位邊。但應理解，也可加工側面的副定位邊，已在后續切割、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。上述經過整形的晶錠端面的定向偏差小于5'，借助在線定向儀時可使定向偏差為0'。在滾圓碳化硅晶錠時，夾頭的同心度要準確調整，確保晶錠滾圓出來的圓周面與切割面垂直，便于后續定型固定。
在加工定位邊后，可以晶錠的主定位邊和圓周作為基準，將多個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中，進行切片。參照圖4，圖4示出了本發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，以主定位邊和圓周作為基準，不僅便于定型定向，且可以使多個晶錠精確固定在定型支架上，切割出的晶片定向偏差小。
參照圖2，其示出了本發明中使用的定型支架的示意圖，其示意性地示出本發明方法中的所用的定型支架，其帶有臺階形狀的上部用于多個碳化硅晶錠的有序排列固定，例如，利用主定邊固定在臺階的水平面上，將晶錠圓周面粘結在臺階的垂直面上以輔助定位。 定型支架的下部的形狀應適合于固定刀架。一個示例中，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。定型支架的上部優選具有加工精度高的上表面，這樣粘結多個晶錠后，可使各個晶錠的端面取向一致，以使其定向偏差達到切片定向要求。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，以確保多個晶錠排列固定在上表面時，各晶錠的端面高度平行， 即各個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，并且可重復使用。
本發明中，優選地在相鄰的晶錠的端面之間用膠體粘接，在粘接時輕輕壓緊，使兩個端面之間無縫隙。并且，要將一個晶錠生長面與另一個晶錠的籽晶面粘接，以一字排列。 這樣，可進一步提高多個晶錠的一體性，利于準確切割。
本發明的粘接用膠體可為市售Q膠，但應理解，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選為10 500 μ m，摻入量優選為0. 5 5g/10mL。這樣，提高膠體固化后的強度，利于后期晶體切割。
本發明將定向精確的多個碳化硅晶錠粘接成一個整體，使碳化硅晶錠的總長度增加，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長度滿足多線切割機的切割長度.而且能將多個晶錠可同時切割出多個晶片，提高了切割效率。
下面，進一步例舉本發明的方法的實施例，同樣應理解，下述實施例僅是示例性地說明本發明，并不是限定本發明。
以切割2英寸碳化硅晶錠為例，將一定數量的碳化硅晶錠的兩個端面整平，定向精度<5’，晶錠直徑滾圓至標準2英寸。滾圓時夾頭的同心度準確調整，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。
選取一定數量的整好形的晶錠，滿足切割機所需長度后，將晶錠依次用Q膠粘在標準定型支架(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凸起的側面，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、圓周與側面緊密粘結。
待膠基本固化后在定型刀架(如圖3所示)的梯形槽內涂適量Q膠，把粘好晶錠的定型支架粘結到定型刀架的梯形槽內，往一側擠壓片刻，防止產生偏差。
待Q膠完全固化后，將整個粘好晶錠的定型刀架(如圖4所示)置于切割機中準確定位，進行切割。
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
使用本方法進行碳化硅晶體的多晶錠的定型定向切割，不僅操作簡便、耗時短，切割后晶片的定向偏差較小。
產業應用性本發明的方法操作簡便、耗時短，適合廣泛用于碳化硅晶體的切割加工，具有很大的產業應用性。
權利要求
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多個碳化硅晶錠進行整形處理并滾圓至所需尺寸的預處理工序；以及將多個所得碳化硅晶錠依次粘接成一個整體后同時進行切割的切割工序。
2.根據權利要求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所述碳化硅晶錠進行加工定位邊，所述定位邊至少包括主定位邊。
3.根據權利要求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，將多個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中，進行切片。
4.根據權利要求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用膠粘接，使多個碳化硅晶錠以一字排列。
5.根據權利要求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階結構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.根據權利要求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為不銹鋼、模具鋼或陶瓷材料。
7.根據權利要求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為玻璃或者陶瓷材料。
8.根據權利要求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.根據權利要求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，所述粘結用膠為市售Q膠。
10.根據權利要求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，所述粘結用膠為在市售Q膠中摻入碳化硅粉形成的混合膠。
11.根據權利要求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.根據權利要求1所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述預處理工序中，對多個所述碳化硅晶錠的頂部和底部進行端面截斷并磨平處理以使所述碳化硅晶錠的頂部和底部分別具有平整的表面。
13.根據權利要求12所述的碳化硅晶體的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述預處理工序中，對磨平后的端面進行定向，并修正端面至所需定向偏差內。
全文摘要
本發明涉及一種碳化硅晶體的定型定向的切割方法，至少包括對多個碳化硅晶錠進行整形處理并滾圓至所需尺寸的預處理工序；以及將多個所得碳化硅晶錠依次粘接成一個整體后同時進行切割的切割工序。本發明將多個碳化硅晶錠粘接成一個整體，使碳化硅晶錠的總長度增加，然后再進行切割，從而保證了被切割的碳化硅晶錠的長度滿足多線切割機的切割長度，而且能將多個晶錠同時切割出多個晶片，提高了切割效率。
文檔編號B28D5/00GK102514109SQ20111045360
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者莊擊勇, 施爾畏, 楊建華, 王樂星, 陳輝, 黃維 申請人:上海硅酸鹽研究所中試基地, 中國科學院上海硅酸鹽研究所