【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种提高大直径碳化硅切割片出片率和切割质量的切割工艺，属于碳化硅切割。
技术介绍
1、碳化硅单晶作为一种典型的硬脆材料，其莫氏硬度为9.2～9.5，仅次于金刚石，这导致碳化硅单晶衬底的加工过程十分困难。目前碳化硅单晶衬底的制造流程可分成粗加工、切割、研磨、机械抛光、化学机械抛光、清洗等几个阶段。其中切割工艺是前端晶体加工中的关键工序，切割片的面型质量会直接影响最终得到晶片的面型质量。
2、多线切割成为现今晶体加工特别是硬脆性材料切割中的主流方法，其是通过等间距排列的多条金属切割线网的高速往复运动，携带混合好的切割液将晶体同时切割成多片切割片。如今商业化的切割机台可以一次切割出上百片切割片，然而目前商业化的切割机台主要采用100μm以上螺旋钢线，会产生出片数低、切割面型差、单棒切割片的一致性差的问题。
3、专利202210479116.2中公开了采用线径为30-140μm的金刚线对碳化硅晶体进行切割，并且认为金刚线的线径越小，切割线的张力越小，切割线的最高线速度越大，然而切割过程是个复杂的过程，该种调整切割线张力和速度的方式对切割效率和切割面型质量的提升能力有限，难以得到总厚度偏差在5μm以下的切割片。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，提供了一种提高大直径碳化硅切割片出片率和切割质量的切割工艺，该切割工艺采用直径为50-80μm、抗拉强度大于4100n/mm2的螺旋钢线作为切割线，通过螺旋钢线的直径和抗拉强度计算得到切割线的线张力和线速度，能够在
2、本申请提供了一种提高大直径碳化硅切割片出片率和切割质量的切割工艺，包括下述步骤：
3、(1)将螺旋钢线在槽轮上等距缠绕，形成若干条平行的切割线，所述螺旋钢线的中心直径为50-80μm、抗拉强度大于4100n/mm2；
4、(2)设定切割线的线速度和线张力f，向切割线传输切割液；
5、(3)将待切割碳化硅晶体采用工件机构固定，工件机构带动待切割碳化硅晶体向切割线移动，切割线切割所述待切割碳化硅晶体，直至切割完毕，得到碳化硅切割片。
6、步骤(2)的线张力f的取值介于下述f1和f2的数值之间：
7、f1＝k’ds/1000 式(1)，
8、式(1)中：
9、d——螺旋钢线的公称直径，单位为mm；
10、s——螺旋钢线的公称抗拉强度，单位为mpa；
11、k’——螺旋钢线的最小破断拉力系数；
12、f2＝ εs/ l(v0-v1) 式(2)，
13、式(2)中：
14、ε—螺旋钢线的弹性模量；
15、l—切割部位的最大长度，单位为mm；
16、s—螺旋钢线的横截面积，单位为mm2；
17、v0—前牵引辊上切割线的线速度，单位为m/s；
18、v1—后牵引辊上切割线的线速度，单位为m/s。
19、可选地，v0的取值范围为10～30m/s，v1的取值范围为15～35m/s。
20、由于张力的波动方向与速度差一致，对张力的调节也是对线速度同步误差的调节。切割线的线张力和线速度通过上述公式计算确定，能够使得切割参数与螺旋钢线相配合，从而在大幅度提高切割产能的同时得到面型质量好的切割片，便于工业化推广使用。
21、切割钢线在多线切割过程中起到了承载砂浆的作用，在高速运行的过程中切割砂浆由线网带入晶体中，在张力的作用下金刚石粉料对碳化硅晶体进行挤压，实现晶体去除。而切割线速越高，携带新的砂浆量越大，切割效率会提高，从而改善晶片的弯曲bow和翘曲warp。而线速过快会导致金刚石磨料不易进入切口处，导致钢线和晶锭之间摩擦增加，造成钢线左右震动，产生严重的线痕缺陷。
22、而在切割片区域入口处料液充盈存在盈液区，而出口处不能形成连续的薄膜，只能局部聚集，钢线在此处磨损量大，因而容易造成晶片整体总厚度偏差ttv增大。而线速过低又会造成生产效率低下。切割线张力提高后，同样会减小切割片弯曲bow和翘曲warp，为下一道研磨工序提供便捷。但是张力过大会导致钢线断线，重新布线会给晶片引入线痕，影响局部厚度偏差(ltv)增大。而过小的张力导致晶片应力过大翘曲和弯曲严重，影响下一道研磨去除速率，因此需要较高线速匹配适当的张力。本申请的切割线张力通过是(1)和式(2)的两个公式计算确定，能够最大限度优化切割过程，以得到低弯曲、低翘曲、低厚度偏差的晶片。
23、可选地，所述螺旋钢线的主波波高为30-50μm。
24、可选地，所述螺旋钢线相邻主波之间的间距为20-40μm。
25、主波波高和相邻主波之间的间距会影响螺旋钢线携带切割液的能力，上述范围内一是能达到大幅度的提高携带切割液的效果，二是能够提高切割效率，三是能够提高切割片的面型质量，四是能够减少螺旋钢线的损耗和碳化硅材料的损耗，降低生产成本的同时提高批次生产切割片的一致性。
26、可选地，所述切割液包括重量比为(10-12)：1的切割油：金刚石粉。切割油作为溶剂可以起到润滑的作用，并在高速切割过程中带走热量。同样材料在切割成薄片的过程中，可以起到悬浮、润滑、冷却的作用。
27、优选的，所述切割液包括重量比为10：1的切割油和金刚石粉。
28、可选地，所述切割油包括矿物油85-90份、流变助剂3-5份、表面活性剂4-7份和分散剂1-2份。上述提及到的矿物油、流变助剂、表面活性剂和分散剂可以采用现有技术中半导体的研磨、抛光常用的物质，此处不再赘述。
29、可选地，所述金刚粉的粒径为4-10μm。金刚石粉的粒径配合螺旋钢线30-50μm的波高，提高切割液的带砂能力并可保证快速对晶体进行磨削切割，还能够提高切割片的面型质量。
30、切割液具有切削、粘滞、冷却三大功能。具有高悬浮、高粘滞、高润滑等特性的悬浮液能够有效降低晶片表面损伤应力。在切割过程中，随着长时间的温度积累，分子热运动加快，分子间引力减小，粘度随之变小导致颗粒在钢线上的附着能力就越差，从而导致切割片ttv数值增大。
31、可选地，所述待切割晶体在切割过程中相对于所述切割线摆动，摆动的角度为1～3°。该摆动的角度便于优化切割入刀，与螺旋钢线相配合提高切割部位的受力均匀性，避免在切割过程中引入应力，同时在上述摆动角度范围内，随着摆动角度增大，能够提高锯切力，减小晶片表面粗糙度。
32、可选地，相邻切割线之间的间距为20-40μm。
33、可选地，所述待切割碳化硅晶体的直径为6英寸以上。
34、可选地，上述切割工艺得到的切割片的总厚度偏差在5μm以下，弯曲度在-22μm以下，翘曲度在50μm以下。
35、优选的，上述切割工艺得到的切割片的总厚度偏差在4μm以下，弯曲度在-20μm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高大直径碳化硅切割片出片率和切割质量的切割工艺，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，步骤(2)的线张力F的取值介于下述F1和F2的数值之间：
3.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述螺旋钢线的主波波高为30-50μm。
4.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述螺旋钢线相邻主波之间的间距为20-40μm。
5.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述切割液包括重量比为(10-12)：1的切割油和金刚石粉。
6.根据权利要求5所述的切割工艺，其特征在于，所述切割液包括重量比为9：1的切割油和金刚石粉。
7.根据权利要求5所述的切割工艺，其特征在于，所述金刚石粉的粒径为4-10μm。
8.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述待切割晶体在切割过程中相对于所述切割线摆动，摆动的角度为1～3o。
9.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，相邻切割线之间的间距为0.5mm-1mm。
10.根据权利要求
...【技术特征摘要】
1.一种提高大直径碳化硅切割片出片率和切割质量的切割工艺，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，步骤(2)的线张力f的取值介于下述f1和f2的数值之间：
3.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述螺旋钢线的主波波高为30-50μm。
4.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述螺旋钢线相邻主波之间的间距为20-40μm。
5.根据权利要求1所述的切割工艺，其特征在于，所述切割液包括重量比为(10-12)：1的切割油和金刚石粉。
【专利技术属性】
技术研发人员：张林，杨恒，隋晓明，刘硕，谷容田，王昆鹏，王旗，
申请(专利权)人：上海天岳半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。