专利名称：碳化硅晶体的定型定向的切割方法
技术领域：
本发明涉及晶体加工技术领域，具体涉及一种碳化硅晶体的定型定向切割的方法。
背景技术：
碳化硅晶体是第三代宽带隙半导体材料，和第一代硅、第二代砷化镓半导体材料相比，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速率高、电子迁移率高、介电常数小、抗辐射性能强、化学稳定性好等优良的物理化学性质，以及与硅集成电路工艺兼容等特点，优良的性能使得碳化硅晶体成为制造高温、高频、大功率、抗辐射、不挥发存储器件及光电集成器件的优选材料，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同为第三代宽带隙半导体的氮化镓、氮化铝、氧化锌等单晶材料虽然性能同样优异，但晶体生长制备非常困难，而碳化硅单晶材料经过多年的研究其生长技术已经取得突破，为大规模产业化应用奠定了基础。
将碳化硅晶体应用于器件需加工成一定尺寸的晶片，基本工艺包括晶体生长、晶锭裁切与检测、外径研磨、切片、圆边、表层研磨、蚀亥IJ、抛光等步骤。由于碳化硅晶体硬度很高，仅次于金刚石，这为晶体加工带来很大的困难，尤其是晶锭整形、切割阶段，加工速度缓慢，耗用时间长。工作效率较高的晶体切割方法一般是采用多线切割机切割，多线切割机有着表面损伤小、切缝损耗少、加工量大、切割效率高、切片质量好、运行成本低等诸多优点， 已渐成为半导体晶体切割方式的主流。多线切割机具备多个线锯、缠绕有多个线锯并可高速旋转的导轮以及安装有晶体并以一定速度向线锯移动的刀架，线锯依靠导轮高速转动的同时接收从浆料供给部提供的浆料，晶体经过高速转动的线锯被切割成多个晶片。由于碳化硅晶体具有各向异性的特点，所以在切割过程中，要严格按照要求的方向切割，切割角度可以通过X射线定向仪准确测定。
利用多线切割机定向切割碳化硅晶锭时，由于物理气相传输法生长的碳化硅晶体往往长度较短，通过整形而成的碳化硅晶锭的长度也相对较短，远小于多线切割机的切割长度，因此对单个碳化硅晶锭进行切割显然造成切割能力和时间的浪费。
为了提高多线切割机的切割效率，专利CN101979230A公开了多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，该方法是根据所切割过程中晶体柱截面不同位置对应的切割长度的不同，变化切割速度，将工作台的勻速进给切割改为连续、分段不同速度进给，从而保证切割质量的前提下提高了切割效率。发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明人意识到，对于单个碳化硅晶锭的长度小于多线切割机的切割长度而造成的切割能力和时间的浪费问题，通过将多个晶锭拼接的方式以使其满足切割机的切割长度，可能可以提高切割效率，同时通过改善切割工艺参数保证拼接后的晶锭精确定向，满足定向切割的要求。
鉴于上述认识，本发明提供一种碳化硅晶体的定型定向的切割方法，所述切割方法至少包括对多个碳化硅晶锭进行整形处理并滚圆至所需尺寸的预处理工序；以及将多个所得碳化硅晶锭依次粘接成一个整体后同时进行切割的切割工序。
本发明将多个碳化硅晶锭粘接成一个整体，使碳化硅晶锭的总长度增加，然后再进行切割，从而保证了被切割的碳化硅晶锭的长度满足多线切割机的切割长度，而且能将多个晶锭同时切割出多个晶片，提高了切割效率。
在本发明中，所述切割工序可包括对所述碳化硅晶锭进行加工定位边，所述定位边至少包括主定位边。这样可以利用所得的主定位作为基准来进行后续切割工序中的定位。
在本发明中，在所述切割工序中，以所述晶锭的主定位边和圆周作为基准，将所述多个晶锭粘接在定型支架上，并将粘接有晶锭的定型支架粘接到定型刀架上，然后将所述定型刀架置于多线切割机中，进行切片。以主定位边和圆周作为基准，可以使多个晶锭精确定型并固定在定型支架上，使各晶锭的端面高度平行，因而能保证各个晶锭的取向一致，切割出的晶片定向偏差小。
在本发明中，在相邻的碳化硅晶锭的端面之间用粘结用胶粘接，使多个碳化硅晶锭以一字排列。
在本发明中，所述定型支架可包括具有台阶结构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与定型刀架的上部的梯形槽结合，因此便于定向固定于定型刀架上，在后续切割碳化硅晶锭时确保了切割方向的准确性。 定型支架的台阶结构可以从侧面和底面固定晶锭，从而可以有效防止碳化硅晶锭的上下及左右偏移。
所述定型刀架的材质可为不锈钢、模具钢或陶瓷材料。
所述定型支架的材质可为玻璃或者陶瓷材料。
在本发明中，可采用粘结用胶将碳化硅晶锭固定于定型支架上，以及将定型支架上粘接到定型刀架上。
所述粘结用胶可为市售Q胶。又，其中，所述粘结用胶还可为在市售Q胶中掺入碳化硅粉形成的混合胶。采用混合了碳化硅的混合胶可提供粘结用胶的强度。一个优选的例子是，所述混合胶中采用的碳化硅粉的粒径为10 500// ，掺入量为0. 5 5g/10mL。
又，在所述预处理工序中，对多个所述碳化硅晶锭的顶部和底部进行截断处理并磨平，以使所述碳化硅晶锭的顶部和底部分别具有平整的表面。
具体地，在所述预处理工序中，对磨平后的端面进行定向，并修正端面至所需定向偏差内。
在本发明中，晶锭头尾部的整形处理采用外圆磨床截断，有效缩短了整形时间，且加工时外圆砂轮与晶锭属于线接触式加工，砂轮对晶锭冲击较小，有效避免了晶锭在加工过程中的开裂现象。
图1示意性地示出本发明方法中的整形工序； 图2示意性地示出本发明方法中的所用的定型支架；图3示意性地示出本发明方法中的所用的定型刀架；图4示意性地示出本发明方法中的将固定有晶锭的定型支架固定在定型刀架上的状态。
具体实施方式
以下，参照附图，并结合下述实施方式进一步说明本发明。应理解附图及下述实施方式仅是示例性地说明本发明，并不是限定本发明，在本发明的宗旨和范围内，下述实施方式可有多种变更。
本发明所用的碳化硅晶锭可为单晶锭或多晶锭，其可采用常用的物理气相传输法生长。本领域技术人员可以根据现有技术的相关技术进行制备。采用的晶锭的尺寸可以各异，下面采用2英寸碳化硅晶锭为例。但应理解，其他尺寸或其他同质异形体也是适用的。
参见图1，其示出本发明方法中的优选的整形工序的示意流程图。其中对晶锭1的顶部进行截断处理首先可将晶锭1底面固定在专用夹具3上，用外圆磨床的外圆砂轮2将生长面(顶部)截断(参见图1 (a) (b))，再用平面磨床将端面磨平(参见图1 (c))。这里采用的夹具3的尺寸可以根据晶锭1的尺寸来确定，例如可与晶锭1生长方向垂直的方向上晶锭1的宽度确定。对磨平的晶锭面进行定向，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。接着，可采用同样的方法，整平晶锭1的底部，得到顶部端面和底部端面都经过整形处理的晶锭1 (参见图1 (d))。
接着，可对经整形处理的晶锭进行滚圆处理至所需尺寸。应理解，尺寸是按需滚圆。然后可对滚圆的晶锭加工定位边，例如至少加工主定位边。但应理解，也可加工侧面的副定位边，已在后续切割、抛光工艺中辅助定位。
上述整形过程采用平面磨床，滚圆过程采用外圆磨床。上述经过整形的晶锭端面的定向偏差小于5'，借助在线定向仪时可使定向偏差为0'。在滚圆碳化硅晶锭时，夹头的同心度要准确调整，确保晶锭滚圆出来的圆周面与切割面垂直，便于后续定型固定。
在加工定位边后，可以晶锭的主定位边和圆周作为基准，将多个晶锭粘接在定型支架上，并将粘接有晶锭的定型支架粘接到定型刀架上，然后将定型刀架置于多线切割机中，进行切片。参照图4，图4示出了本发明中的将粘接有晶锭的定型支架固定在定型刀架上的状态，以主定位边和圆周作为基准，不仅便于定型定向，且可以使多个晶锭精确固定在定型支架上，切割出的晶片定向偏差小。
参照图2，其示出了本发明中使用的定型支架的示意图，其示意性地示出本发明方法中的所用的定型支架，其带有台阶形状的上部用于多个碳化硅晶锭的有序排列固定，例如，利用主定边固定在台阶的水平面上，将晶锭圆周面粘结在台阶的垂直面上以辅助定位。 定型支架的下部的形状应适合于固定刀架。一个示例中，定型支架的下部的形状呈倒梯形， 这样，与固定刀架的接触面大，有利于将定型支架固定到固定刀架上。定型支架的上部优选具有加工精度高的上表面，这样粘结多个晶锭后，可使各个晶锭的端面取向一致，以使其定向偏差达到切片定向要求。定型支架可由玻璃或陶瓷等材料制成，例如氧化铝陶瓷。
本发明中的定型支架不仅起到定型定向的作用，而且由于是高精度加工而成，因此保证了其表面的平整度，以确保多个晶锭排列固定在上表面时，各晶锭的端面高度平行， 即各个晶锭的端面的定向方向取向一致，满足切片定向的要求。
所用的定型刀架的上部的形状应与定型支架的下部匹配，例如定型刀架的上部具有梯形形状(参见图3)，以匹配具有倒梯形下部的定型支架。定型刀架可由不锈钢、模具钢或陶瓷等材料制成，并且可重复使用。
本发明中，优选地在相邻的晶锭的端面之间用胶体粘接，在粘接时轻轻压紧，使两个端面之间无缝隙。并且，要将一个晶锭生长面与另一个晶锭的籽晶面粘接，以一字排列。 这样，可进一步提高多个晶锭的一体性，利于准确切割。
本发明的粘接用胶体可为市售Q胶，但应理解，其他合适的胶也是适用的。例如也可以使用在市售Q胶中掺入碳化硅粉形成的混合胶，混合胶中采用的碳化硅粉的粒径优选为10 500 μ m，掺入量优选为0. 5 5g/10mL。这样，提高胶体固化后的强度，利于后期晶体切割。
本发明将定向精确的多个碳化硅晶锭粘接成一个整体，使碳化硅晶锭的总长度增加，从而保证了被切割的碳化硅晶锭的长度满足多线切割机的切割长度.而且能将多个晶锭可同时切割出多个晶片，提高了切割效率。
下面，进一步例举本发明的方法的实施例，同样应理解，下述实施例仅是示例性地说明本发明，并不是限定本发明。
以切割2英寸碳化硅晶锭为例，将一定数量的碳化硅晶锭的两个端面整平，定向精度<5’，晶锭直径滚圆至标准2英寸。滚圆时夹头的同心度准确调整，确保晶锭滚圆出来的圆周面与切割面垂直。之后将滚好圆的晶锭使用精密夹具夹持，磨出主、副定位边。
选取一定数量的整好形的晶锭，满足切割机所需长度后，将晶锭依次用Q胶粘在标准定型支架(如图2所示)，主定位边粘在定型支架的上表面，圆周面紧靠定型支架一侧凸起的侧面，晶锭与晶锭涂少量Q胶轻轻压紧，无可见缝隙即可。待所有晶锭粘到支架上后在 Q胶未固化前，挤压所有晶锭保证定位边与上表面、圆周与侧面紧密粘结。
待胶基本固化后在定型刀架(如图3所示)的梯形槽内涂适量Q胶，把粘好晶锭的定型支架粘结到定型刀架的梯形槽内，往一侧挤压片刻，防止产生偏差。
待Q胶完全固化后，将整个粘好晶锭的定型刀架(如图4所示)置于切割机中准确定位，进行切割。
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
使用本方法进行碳化硅晶体的多晶锭的定型定向切割，不仅操作简便、耗时短，切割后晶片的定向偏差较小。
产业应用性本发明的方法操作简便、耗时短，适合广泛用于碳化硅晶体的切割加工，具有很大的产业应用性。
权利要求
1.一种碳化硅晶体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对多个碳化硅晶锭进行整形处理并滚圆至所需尺寸的预处理工序；以及将多个所得碳化硅晶锭依次粘接成一个整体后同时进行切割的切割工序。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述切割工序包括对所述碳化硅晶锭进行加工定位边，所述定位边至少包括主定位边。
3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体的定型定向切割的方法，其特征在于，在所述切割工序中，以所述碳化硅晶锭的主定位边和圆周作为基准，将多个所述碳化硅晶锭粘接在定型支架上，并将粘接有碳化硅晶锭的定型支架粘接到定型刀架上，然后将所述定型刀架置于多线切割机中，进行切片。
4.根据权利要求3所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，在相邻的碳化硅晶锭的端面之间用粘结用胶粘接，使多个碳化硅晶锭以一字排列。
5.根据权利要求3所述的碳化硅晶体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台阶结构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.根据权利要求3所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述定型刀架的材质为不锈钢、模具钢或陶瓷材料。
7.根据权利要求3所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述定型支架的材质为玻璃或者陶瓷材料。
8.根据权利要求3所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，采用粘结用胶将碳化硅晶锭固定于定型支架上，以及将定型支架上粘接到定型刀架上。
9.根据权利要求4或8所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述粘结用胶为市售Q胶。
10.根据权利要求9所述的所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述粘结用胶为在市售Q胶中掺入碳化硅粉形成的混合胶。
11.根据权利要求10所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，所述混合胶中采用的碳化硅粉的粒径为10 500 μ m，掺入量为0. 5 5g/10mL。
12.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述预处理工序中，对多个所述碳化硅晶锭的顶部和底部进行端面截断并磨平处理以使所述碳化硅晶锭的顶部和底部分别具有平整的表面。
13.根据权利要求12所述的碳化硅晶体的定型定向的切割方法，其特征在于，在所述预处理工序中，对磨平后的端面进行定向，并修正端面至所需定向偏差内。
全文摘要
本发明涉及一种碳化硅晶体的定型定向的切割方法，至少包括对多个碳化硅晶锭进行整形处理并滚圆至所需尺寸的预处理工序；以及将多个所得碳化硅晶锭依次粘接成一个整体后同时进行切割的切割工序。本发明将多个碳化硅晶锭粘接成一个整体，使碳化硅晶锭的总长度增加，然后再进行切割，从而保证了被切割的碳化硅晶锭的长度满足多线切割机的切割长度，而且能将多个晶锭同时切割出多个晶片，提高了切割效率。
文档编号B28D5/00GK102514109SQ20111045360
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者庄击勇, 施尔畏, 杨建华, 王乐星, 陈辉, 黄维 申请人:上海硅酸盐研究所中试基地, 中国科学院上海硅酸盐研究所