專利名稱：一種超硬晶體的切割方法
技術領域：
本發明涉及一種超硬晶體的切割方法，屬于晶體材料加工技術領域。
背景技術：
以藍寶石、碳化硅和鎂鋁尖晶石為代表的超硬晶體是第三代半導體材料
GaN和ZnO外延薄膜最常用的襯底材料，在固體照明、微電子器件、航空航天 等領域應用十分廣泛。但是這些晶體硬度高，生長成本高，加工困難，因而研 發成本低，效率高的晶體切割方法十分必要。
生長出高質量的晶體后，要將晶體切割成晶片，經過粗磨和拋光加工，制 備成表面缺陷、損傷少和粗糙度小的合格襯底，然后在其表面外延生長GaN和 Zn0薄膜，制備高質量的半導體器件。晶體切割表面的質量好壞直接影響到后 續磨拋質量，進而影響到外延薄膜的質量，最終影響半導體器件的性能。所以 切割過程中必須達到后續工序對晶體表面平整度和平行度的要求，盡量減少晶 片的表面損傷。晶體切片是襯底加工過程中的一個重要步驟，這一工序決定了 晶片在以后的磨拋加工中翹曲度的大小，晶片厚度是否精確對磨拋效率有決定 性的影響。此外，藍寶石、碳化硅和鎂鋁尖晶石等超硬晶體生長成本高，價格 昂貴，因而切割過程中提高切割效率和晶體利用率，減少切割損失是非常必要 的。晶體切割的常用方法包括內、外圓切割法和線切割法。內、外圓切割法使 用刀口邊緣鑲有金剛石顆粒的金屬圓片來切割晶體，切割得到的晶體尺寸精度 不高，平整度較差，不能連續切割，工作效率較低。此外，內、外圓切割晶片 的厚度不能太薄，否則容易造成晶體開裂，造成晶體的浪費。線切割起初用來 切割導電金屬，其原理是利用電極絲和待切金屬之間進行脈沖放電產生的高溫 使金屬熔化，從而達到切割的目的。而晶體一般不是導體，所以切割過程中通 常采用銅線加鉆石微粉或直接使用外層鍍有鉆石顆粒的銅線，利用金剛石與切 割銅線的高速往復運動，實現對晶體的切割。由于鉆石微粉和外層鍍有鉆石顆 粒的銅線的價格較高，因而切割成本也較高。
發明內容
本發明針對現有線切割超硬晶體成本較高的缺點，采用一種新型切割泥漿 和相應的切割工藝，降低鉆石微粉的使用量，配合合適的切割參數，得到切割 翹曲度小，厚度均勻的晶片。
本發明的技術解決方案是
采用線切割方法，使用鉆石微粉、碳化硼和橄欖油混合配制的切割泥漿， 利用切割銅線和切割泥漿的高速往復運動，實現對超硬晶體的切割。具體切割 步驟如下
① 調整線切割機處于水平狀態，將切割銅線裝到繞線輪上，然后通過張 緊輪和導線輪，調整到繞線輪、張緊輪和導線輪上的銅線處于同一平面上，使 銅線上的張力均勻分布；
② 根據待切割晶體的實際情況，配制鉆石微粉、碳化硼和橄欖油切割泥
漿，其中每升橄欖油中鉆石微粉和碳化硼的比例在n: 1范圍內(n二2 6，重量比)。 ◎安裝待切割的超硬晶體調整好晶體的切割方向，將待切割的晶體 粘接在專用底座上，然后將底座固定在工作臺上；
確定切割參數包括工作輪轉速，送線速度，切割速度，搖擺的角度
和頻率等參數；
⑤按預設的參數切割晶體，直至切割完畢。 在切割前，根據待切晶體的實際情況調整每升橄欖油中鉆石微粉和碳化硼 的比例，配制合適濃度和粘度的切割泥漿，選擇合適的切割參數。利用該方法
切割得到的晶體的厚度最小可以達到250 um，翹曲度小于30 pm，厚度不均 勻度小于15 P m。與現有的線切割超硬晶體的方法相比，該方法具有以下優點
1. 可以實現對超硬晶體的連續切割；
2. 切割過程中鉆石微粉的使用大幅度降低，極大地降低了切割成本；
3. 切割得到的晶片翹曲度小，厚度均勻，為后續加工提供了方便；
4. 切割工藝簡單，操作方便，精度高。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明作進一步說明。 實施例1:3英寸藍寶石晶體的切割
使用美國生產的TRS440線切割機，利用切割銅線和切割泥漿的高速往復 運動，實現對直徑為3英寸，藍寶石晶體的切割。具體步驟如下
① 調整線切割機處于水平狀態，將銅切割線裝到繞線輪上，然后通過張 緊輪和導線輪，調整到繞線輪、張緊輪和導線輪上的銅線處于同一平面上，使 銅線上的張力均勻分布；
② 切割泥漿按(200克拉鉆石微粉+ 50克拉碳化硼即4 :l)/每升橄欖油配
制；
◎ 安裝待切割的藍寶石晶體，調整好晶體的切割方向，將晶體粘在專 用底座上，然后將底座固定在工作臺上；
確定切割參數工作輪的轉速采用最大工作輪轉速的80%，送線速 度35m/min,切割速度3.5mm/h，搖擺的角度±4°,頻率3600。/min;
⑤按預設的參數切割晶體，直至切割完畢。
取下切割得到的藍寶石晶片，每片的翹曲度小于30 Pm，厚度不均勻度小 于15 ii m。
實施例2:2英寸藍寶石晶體的切割
切割方法和具體切割步驟同實施例1，切割泥漿按(150克拉鉆石微粉+ 50 克拉碳化硼即3 :l)/每升橄欖油配制；送線速度25m/min，切割速度4.5mm/h。 切割得到晶片的翹曲度小于30 u m，厚度不均勻度小于15 p m 。
實施例3: 2英寸碳化硅晶體的切割
碳化硅晶體比藍寶石晶體稍硬，需提高切割泥漿中鉆石微粉的比例和送線 速率，降低切割速度。使用美國生產的TRS440線切割機，利用切割銅線和切 割泥漿的高速往復運動，實現對直徑為2英寸的碳化硅晶體的切割。具體步驟 如下
① 調整線切割機處于水平狀態，將切割銅線裝到繞線輪上，然后通過張 緊輪和導線輪，調整到繞線輪、張緊輪和導線輪上的銅線處于同一平面上，使 銅線上的張力均勻分布；
② 切割泥漿按(250克拉鉆石微粉+ 50克拉碳化硼即5 :l)/每升橄欖油配
制；
(D 安裝待切割的碳化硅晶體，調整好晶體的切割方向，將晶體粘在專 用底座上，然后將底座固定在工作臺上；
確定切割參數工作輪的轉速采用最大工作輪轉速的80%，送線速 度40m/min，切害lj速度3mm/h，搖擺的角度±4°，頻率3600。/min;
◎ 按預設的參數切割晶體，直至切割完畢。
切割得到的碳化硅晶片的翹曲度小于30 um，厚度不均勻度小于15 um。 實施例4: 3英寸碳化硅晶體的切割
切割方法和具體切割步驟同實施例3，切割泥漿按(300克拉鉆石微粉+ 50 克拉碳化硼即6 :l)/每升橄欖油配制；送線速度50m/min，切割速度2mm/h。 切割得到晶片的翹曲度小于30 y m，厚度不均勻度小于15 um 。
實施例5: 2英寸鎂鋁尖晶石晶體的切割
鎂鋁尖晶石比藍寶石晶體稍低，可適當降低切割泥漿中鉆石微粉的比例和 送線速率，提高切割速度。使用美國生產的TRS440線切割機，利用切割銅線 和切割泥漿的高速往復運動，實現對直徑為2英寸的鎂鋁尖晶石晶體的切割。 具體步驟如下
① 調整線切割機處于水平狀態，將切割銅線裝到繞線輪上，然后通過張 緊輪和導線輪，調整到繞線輪、張緊輪和導線輪上的銅線處于同一平面上，使 銅線上的張力均勻分布；
② 切割泥漿按(100克拉鉆石微粉+ 50克拉碳化硼即2 :l)/每升橄欖油配
制；
◎ 安裝待切割的鎂鋁尖晶石晶體，調整好晶體的切割方向，將晶體粘 在專用底座上，然后將底座固定在工作臺上；
確定切割參數工作輪的轉速采用最大工作輪轉速的80%，送線速 度20m/min，切割速度5. 5mm/h，搖擺的角度土4。，頻率3600。/min; ⑤按預設的參數切割晶體，直至切割完畢。
切割得到的鎂鋁尖晶石晶片的翹曲度小于30 Pm，厚度不均勻度小于15um。
權利要求
1、一種超硬晶體的切割方法，包括下述步驟(1)調整線切割機處于水平狀態，將切割銅線裝到繞線輪上，然后通過張緊輪和導線輪，調整繞線輪、張緊輪和導線輪上的銅線處于同一平面上，使銅線上的張力均勻分布；(2)根據待切割晶體的實際情況，配制鉆石微粉、碳化硼和橄欖油切割泥漿；(3)安裝待切割的晶體；(4)確定切割參數；(5)按預設的參數切割晶體。
2、 按權利要求1所述的一種超硬晶體的切割方法，其特征在于每升橄 欖油中鉆石微粉和碳化硼的重量比例為(2 6) :1。
3、 按權利要求1或2所述的一種超硬晶體的切割方法，其特征在于根據待切割晶體硬度和直徑的變化調整切割泥漿中鉆石微粉和碳化硼的比例。
4、 按權利要求1或2所述的一種超硬晶體的切割方法，其特征在于根據待切割晶體硬度和直徑的變化調整以及送線速度和切割速度。
全文摘要
本發明涉及一種超硬晶體的切割方法，屬于晶體加工領域。本發明采用線切割方法，將鉆石微粉、碳化硼和橄欖油按比例混合配制切割泥漿，利用切割銅線和切割泥漿的高速往復運動，實現對超硬晶體的切割。本發明可以實現超硬晶體的連續切割；切割泥漿的配制與直接使用鉆石微粉或鍍金剛石顆粒的金剛石切割線相比，極大地降低了切割成本；切割得到的晶片翹曲度小，厚度均勻，為后續加工提供了方便。
文檔編號B28D5/04GK101386192SQ20081020091
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月8日 優先權日2008年10月8日
發明者軍 徐, 李紅軍, 楊新波, 蘇良碧 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所