一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法
技术领域
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] -种砂浆切割大尺寸碳化硅体的方法，该方法包括如下步骤：
[0008] 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0.1-0.6(1? &.8;
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 进一步，所述切割设备的切割运行速度:250-750米/秒。
[0014]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。
[0015]进一步，所述冷却液为油。
[0016]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 害J，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】
[0017]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】
[0018] 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。
[0019] 实施例1
[0020] 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 切割线线径〇 . 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。
[0021] 理论出片15.03片，实际出片15片。
[0022]切割效果描述：
[0023] 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；
[0024] 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。
[0027]表1超声波发生设备的切割片厚度差数据(抽检50% )
[0028] 实施例2:
[0029]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 切割线线径〇.16_，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10.5臟，切割片厚度500±10微米。
[0030] 理论出片15.78片，实际出片16片。
[0031]切割效果描述：
[0032] 1)切割效率:相对没有超声辅助，切割效率提高10% ;
[0033] 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；
[0034] 3)厚度参数:切割后晶片5点厚度差，参见下表2。
[0036]表2有超声波发生设备辅助的切割片厚度差数据(抽检50% )
[0037]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）。
[0038] 实施例3:
[0039] 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 切割线线径〇. 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lm/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。
[0040] 理论出片14.3片，实际出片15片。
[0041] 切割效果描述：
[0042] 1)切割效率:相对没有超声辅助，切割效率提高25% ;
[0043] 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；
[0044] 3)厚度参数:切割后晶片5点厚度差，参见下表3。
[0046] 表3有超声波发生设备辅助的切割片厚度差数据(抽检50% )
[0047] 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。
【主权项】
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。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割设备的切割运行速度：250-750米/ 秒。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割设备的切割施加张力：20-50牛顿； 摇摆角度:〇_±1〇度。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却液为油。
【文档编号】B28D7/00GK105922465SQ201610266735
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】王锡铭
【申请人】北京世纪金光半导体有限公司