專利名稱：內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝 背景技術(shù)六十年代初期，針對直拉半導(dǎo)體單晶材料的切割方法從使用外圓式刀 片加工轉(zhuǎn)向內(nèi)圓式刀片加工是一大技術(shù)進步。日、美等發(fā)達國家在八十年 代已經(jīng)開始批量生產(chǎn)砷化鎵單晶材料，但對其使用的晶片加工技術(shù)嚴(yán)格保 密，發(fā)表文章甚少。目前，國際上水平砷化鎵晶片已得到廣泛使用，其切 割方法有內(nèi)圓切片法和(多)線切片法。國內(nèi)(多)線切割法技術(shù)目前只停留在切割直徑為①50.8mm單晶片。而國際市場上對直徑①63. 5mm-① 76mm;厚度為280um-300ura的水平砷化鎵晶片十分需求，這就需要我們的 切片技術(shù)不斷改進。眾所周知，化合物砷化鎵單晶材料同硅鍺等單質(zhì)單晶材料相比，其機 械性能較差(GaAs和Si的臨界可辨別切應(yīng)力一CRSS分別為0.4MPa和 1.85MPa),硬度低(莫氏硬度為4.5)，脆性大，極易解理[解理面為(110)]、 破碎。而且水平GaAs單晶都是斜切的，即切割時內(nèi)圓刀片平面與單晶錠 縱向成一定夾角[(lll)與(100)夾角為54 °44']，切割單晶片技術(shù)難 度較大。早期國內(nèi)采用內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵晶片，直徑都小于O 50mm，厚度最薄也只能達到470um，而且晶向偏離公差只能控制在士30 '。在切片過程中，水平GaAs晶片因機械作用力導(dǎo)致產(chǎn)生包括機械應(yīng)力和 熱應(yīng)力在內(nèi)的剩余應(yīng)力問題難以控制。對于晶片翹曲度，彎曲度，總厚度 變化和晶片表面光潔度等的質(zhì)量控制，也一直在研究探索中。另外，對內(nèi)圓切片機進行設(shè)備改造，改進修刀技術(shù)，優(yōu)化切割條件， 降低切片加工成本，提高切片產(chǎn)出率(成品率+出片率)，提高切片加工經(jīng) 濟效益是我們一直所追求的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝， 該工藝可切割直徑為①50.8ram-①76mm，厚度為280咖-470um的水平砷化 鎵單晶片，平均成品率達95%以上，并且生產(chǎn)穩(wěn)定性和重復(fù)性好，能夠?qū)?br> 現(xiàn)大批量生產(chǎn)。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝，它包括以下步驟-(1) 、將長度為50—500mra的水平砷化鎵單晶錠作割邊處理；(2) 、單晶錠與石墨條表面、石墨托表面粘接；(3) 、將粘接好的單晶錠固定在內(nèi)圓切片機的推錠器上；(4) 、安裝切刀，開啟水、電、氣開關(guān)，機器運行；(5) 、啟動工作臺上升，切割一片晶片進行晶向確定工作，定準(zhǔn)后設(shè)定單 片切割校準(zhǔn)厚度，所述的切割晶向為(100)偏向最近的[110]—族和
一族，它與砷化鎵單晶生長方向(111)相差角度為54 。44';(6) 、設(shè)定切割速度，進行自動多片連續(xù)切割晶片工作；(7) 、完成整根單晶錠切割后，沖洗刀片，按停機鍵關(guān)機。 所述的刀片類型0422mm，刃厚300um材質(zhì)不銹鋼刀基，鎳合鍍金剛砂；刀片內(nèi)徑張量0.85mm-1.05mm，同心度《0.002mm; 刀環(huán)端面圓跳動偏差《0.005mm; 刀環(huán)徑向圓跳動偏差《0.02mm; 刀片定位銷徑向圓跳動《0.015mm; 工件進給精度(步距誤差)士0.005mm; 刀片轉(zhuǎn)速1100-1600 r/min;切割速度10-30mm/min。 冷卻劑溫度范圍10-25 °C;冷卻劑流量600-850ml/min。 刀片發(fā)生形變時可以根據(jù)設(shè)備上的跟蹤儀判斷刀偏，及時進行修刀以 控制切割過程中刀片的形變達到減少晶片的彎曲或?qū)⒕瑥澢瓤刂圃?一定的數(shù)值范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)镀巫償?shù)值大于4um或小于-4um時，停止切割晶片，下降工作臺， 在刀刃正常旋轉(zhuǎn)情況下進行手工修刀，直到刀片形變數(shù)值在 -0. 5um—0. 5um范圍內(nèi)再進行切割。所用的設(shè)備為TS型臥式空氣軸承旋轉(zhuǎn)式工作臺(可切角度達61度) 內(nèi)圓切片機，所切割晶向為(100)偏向最近的[110]—族和
—族， 它與砷化鎵單晶生長方向(111)相差角度為54 °44'。 修刀方法一般有兩種
一、 切Al20s或SiC磨石粗磨刀(速度由快到慢，連續(xù)切3到15次) 再切單晶硅錠細磨。這樣可以使切割速度和晶片表面質(zhì)量有所提高，但不 一定能減少晶片的彎曲度。二、 根據(jù)刀片跟蹤儀及晶片的彎曲狀態(tài)釆用手工修刀方法(沿45°《 a《60°方向，a為磨刀石與水平的夾角)[如圖(2)所示]能控制刀片 在切割過程的形變。值得提醒的是最佳的切割結(jié)果和刀片壽命除了依賴 于刀片本身的質(zhì)量外，還直接取決于操作者是否在適當(dāng)時候選擇合適的磨 刀石并用正確的方法對刀刃進行修磨。本發(fā)明的效果1、 優(yōu)化切割條件，用空氣軸承式內(nèi)圓切片機可以切割水平GaAs單晶片直 徑范圍d)51ram-(t76ram;厚度范圍280um-470um，平均成品率達95%以上， 并且生產(chǎn)穩(wěn)定性和重復(fù)性非常良好，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。2、 切割各種厚度的晶片其對應(yīng)的TTV (最大厚度與最小厚度之差)變化， 全部TTV低于20um,切割470um以上的晶片TTV低于10um，切割320± 10um和280土10um的薄片，TTV并沒有顯著增加，但是厚度分散度有輕 微變化。3、 優(yōu)化切割條件，用空氣軸承式內(nèi)圓切片機可以切割表面光潔度良好、 損傷層較低的水平GaAs單晶片，至于半導(dǎo)體晶片的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)總厚 度變化，翹曲度，彎曲度，晶向偏差為土3 '以及剩余應(yīng)力底等等都可以 很好的滿足后續(xù)工序的加工要求。


圖l:晶體生長方向與切割方向示意2:修刀角度示意l、圖2中，l為固液界面，晶片2沿(100)面切割，3為晶片截 面法線，4為單晶頭部，5為(100)晶片截面法線反方向，6為單晶尾部， 法線方向與晶體的生長方向(111)面夾角為54Q44'。圖2中，8 (Fn)為 單晶體對刀刃的徑向作用力，7為水平面，a為磨刀石與水平面的夾角，9 為刀刃，IO為刀基。 實施例1.采用本發(fā)明工藝切割水平砷化鎵晶片規(guī)格為晶向(100) ±0.5° ， 直徑①50.8mm，厚度470土50um，圓形晶片。
1、 設(shè)備及設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)TS型臥式空氣軸承旋轉(zhuǎn)式工作臺(可切角度達61度)內(nèi)圓切片機(該設(shè) 備系瑞士梅耶伯格公司生產(chǎn)、銷售)。刀片類型①422ram，刃厚300um材質(zhì)不銹鋼刀基，鎳合鍍金剛砂 刀片內(nèi)徑張量0.85mm-1.05mm,同心度《0.002mm 刀環(huán)端面圓跳動偏差《0.006mm 刀環(huán)徑向圓跳動偏差《0.03mm 刀片定位銷徑向圓跳動《0.015mm 工件進給精度(步距誤差)士0.005mm2、 工藝條件刀片轉(zhuǎn)速1100-1600 r/min 切割速度20-30mm/min 冷卻劑軟化水(工業(yè)純水) 冷卻劑溫度10-25 °C 冷卻劑流量600-850ml/min切割工件合格的長度為50-500mm水平GaAs單晶錠3、 操作步驟1. 對合格水平砷化鎵單晶錠作割邊處理，以便其與石墨條進行完全粘接。2. 單晶粘接，將合格單晶底部及端面、石墨條表面、石墨托表面用無水乙 醇進行清潔處理。防止污染物影響膠的粘接質(zhì)量。所用的粘接劑為天津市 延安化工廠出產(chǎn)的海燕牌膠粘劑A(白色)和膠粘劑B(紅色),兩種膠粘劑按 比例按體積約為白紅=5: l的混合膠。3. 將粘好的單晶固定在內(nèi)園切片機的推錠器上4. 打開"水、電、氣"及排風(fēng)設(shè)備的開關(guān)，壓縮空氣的氣壓值在0.6Mpa-0.8 Mpa。5. 打開切片機總電源開關(guān)，啟動刀轉(zhuǎn)，打開冷卻劑(coolant),察看冷卻 劑流量及溫度，察看刀片轉(zhuǎn)速。6. 啟動工作臺上升，切割一晶片進行"定向"(晶向確定)工作，定準(zhǔn)后 設(shè)定單片切割校準(zhǔn)厚度。7. 設(shè)定適當(dāng)?shù)那懈钏俣龋M行自動多片連續(xù)切割晶片工作。8. 完成整根單晶錠切割后，沖洗刀片，按停機鍵關(guān)機。6 實施例2采用本發(fā)明工藝技術(shù)切割水平砷化鎵晶片規(guī)格為晶向(100)偏(110)±0.5° ，直徑063.5mm，厚度350土50um，圓形晶片。1、 設(shè)備及設(shè)備技術(shù)指標(biāo)TS型臥式空氣軸承旋轉(zhuǎn)式工作臺(可且角度達61度)內(nèi)圓切片機。 刀片類型0422mm，刃厚300咖材質(zhì)不銹鋼刀基，鎳合鍍金剛砂 刀片內(nèi)徑張量0.9mm-0.95mm，同心度《0.002mm 刀環(huán)端面圓跳動偏差《0.0055mm 刀環(huán)徑向圓跳動偏差《0.025mm 刀片定位銷徑向圓跳動《0.015mm 工件進給精度(步距誤差)士0.005mm2、 工藝條件 刀片轉(zhuǎn)速1100-1400 r/min 切割速度15-30mm/min 冷卻劑軟化水(工業(yè)純水) 冷卻劑溫度15-20 °C 冷卻劑流量600-700ml/min切割工件合格的長度為50-500mm水平GaAs單晶錠 操作步驟同實施例1. 實施例3采用本發(fā)明工藝技術(shù)切割水平砷化鎵晶片規(guī)格為晶向(100)偏(011) ±0.1° ，直徑063.5mm-76mm，厚度280士20um，圓形晶片。1、 設(shè)備及設(shè)備技術(shù)指標(biāo)TS型臥式空氣軸承旋轉(zhuǎn)式工作臺(可且角度達61度)內(nèi)圓切片機。 刀片內(nèi)徑張量0.95mm-1.05mm,同心度《0.002mm 刀環(huán)端面圓跳動偏差《0.005mm 刀環(huán)徑向圓跳動偏差《0.02mm 刀片定位銷徑向圓跳動《0.015mm 工件進給精度(步距誤差)士0.005mm2、 工藝條件刀片轉(zhuǎn)速1100-1250 r/min 切割速度10-25mm/min冷卻劑軟化水(工業(yè)純水) 冷卻劑溫度10-20 °C 冷卻劑流量600-650ml/min切割工件合格的長度為50-500mm水平GaAs單晶錠 操作步驟同實施例1.
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝，其特征在于它包括以下步驟(1)、將長度為50-500mm的水平砷化鎵單晶錠作割邊處理；(2)、單晶錠與石墨條表面、石墨托表面粘接；(3)、將粘接好的單晶錠固定在內(nèi)圓切片機的推錠器上；(4)、安裝切刀，開啟水、電、氣開關(guān)，機器運行；(5)、啟動工作臺上升，切割一片晶片進行晶向確定工作，定準(zhǔn)后設(shè)定單片切割校準(zhǔn)厚度，所述的切割晶向為(100)偏向最近的[110]一族和
一族，它與砷化鎵單晶生長方向(111)相差角度為54°44＇；(6)、設(shè)定切割速度，進行自動多片連續(xù)切割晶片工作；(7)、完成整根單晶錠切割后，沖洗刀片，按停機鍵關(guān)機。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的 工藝，其特征在于所述的刀片類型①422mm，刃厚300um材質(zhì)不銹鋼刀基，鎳合鍍金 剛砂；刀片內(nèi)徑張量0.85mm-1.05mm，同心度《0.002mm; 刀環(huán)端面圓跳動偏差《0.005mm; 刀環(huán)徑向圓跳動偏差《0.02mm; 刀片定位銷徑向圓跳動《0.015mm; 工件進給精度(步距誤差)士0.005mm;
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶 片的工藝，其特征在于刀片轉(zhuǎn)速1100-1600 r/min;切割速度 10-30mm/min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶 片的工藝，其特征在于冷卻劑溫度范圍10-25 。C;冷卻劑流量600-850ml/min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶 片的工藝，其特征在于當(dāng)?shù)镀巫償?shù)值大于4um或小于-4um時，停止切 割晶片，下降工作臺，在刀刃正常旋轉(zhuǎn)情況下進行手工修刀，直到刀片形 變數(shù)值在-0. 5咖一0. 5um范圍內(nèi)再進行切割。
全文摘要
一種內(nèi)圓切片機切割水平砷化鎵單晶片的工藝包括以下步驟(1)將長度為50-500mm的水平砷化鎵單晶錠作割邊處理；(2)單晶錠與石墨條表面、石墨托表面粘接；(3)將粘接好的單晶錠固定在內(nèi)圓切片機的推錠器上；(4)安裝切刀，開啟開關(guān)，機器運行；(5)啟動工作臺上升，切割一片晶片進行晶向確定工作，定準(zhǔn)后設(shè)定單片切割校準(zhǔn)厚度，所述的切割晶向為(100)偏向最近的[110]一族和
一族，它與砷化鎵單晶生長方向(111)相差角度為54°44′；(6)設(shè)定切割速度，進行自動多片連續(xù)切割晶片；(7)完成整根單晶錠切割后，沖洗刀片，關(guān)機。本工藝可切割直徑為Φ50.8mm-Φ76mm，厚度為280um-470um的水平砷化鎵單晶片，平均成品率達95％以上，生產(chǎn)穩(wěn)定性和重復(fù)性好，能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/304GK101130265SQ20061011251
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者夏海波, 鄭安生, 彪 龍 申請人:北京有色金屬研究總院;國瑞電子材料有限責(zé)任公司