專利名稱：制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片的制造設(shè)備，更具體地說是一種半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)過程中的碳化硅舟的切割制造方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為先用線切割機(jī)床從圓筒形的碳化硅坯料上切割取材。然后按規(guī)定將切割取材得到的成批坯料單片地或成疊地放到線切割機(jī)床的夾具上固定好，進(jìn)行切割、開槽，所用的切割線是以鎢鉬線或錳線為芯線，在其外表面上涂有金剛砂粉末，但采用多線平行切割工藝時(shí)加工精度難以保證。線規(guī)格在0.1-2毫米絲的直徑范圍。金剛砂粒度為240～280粒/cm2，線速5～10米/秒，采用CNC數(shù)控機(jī)床進(jìn)行單線切割時(shí)加工質(zhì)量較好。當(dāng)然為了提高生產(chǎn)效率也可以采用多線平行進(jìn)給切割，但采用多線平行切割工藝時(shí)加工精度難以保證。切割由于切割時(shí)所用的冷卻液中有油脂成份，所以切割完后需要對(duì)初成品進(jìn)行清洗(去油脂、去除有害金屬元素如Fe、Mn、Cu、Cr、Na、K等雜質(zhì)、去顆粒)，清洗工序需要進(jìn)行多次。各道清洗分別用清潔凈、三氯乙烯、硫酸加雙氧水、氫氟酸加純水，接下去就要對(duì)工件進(jìn)行退火處理，退火熱處理時(shí)升溫應(yīng)按規(guī)定的條件進(jìn)行，升溫太快，舟內(nèi)的雜質(zhì)析出不了，升溫太慢影響生產(chǎn)效率。要在1150℃至1250℃的溫度下保溫大約30至40分鐘。在熱處理時(shí)先要把經(jīng)過清洗的碳化硅舟工件進(jìn)行干燥，然后，置入一只高凈度的封閉的石英缸內(nèi)再連缸帶舟一同放入熱處理爐內(nèi)進(jìn)行處理。此時(shí)石英缸是作為一個(gè)隔離體，將碳化硅舟與爐內(nèi)的雜氣、塵埃相隔離，以保持被加工件(碳化硅舟)的高純凈度。在進(jìn)行一道退火處理后，又要對(duì)被加工的碳化舟進(jìn)行清洗，將退火時(shí)析出的雜質(zhì)用氫氟酸、純水進(jìn)行清洗。清洗可以采用“浸泡加刷洗”的方式進(jìn)行，這種“退火—清洗”要反復(fù)循環(huán)進(jìn)行幾次，直到退火后的碳化硅舟的表面色澤達(dá)到恢復(fù)其本色為止。一般這樣的循環(huán)要進(jìn)行三、四次，目的在于不斷清除碳化硅舟的表面含硅雜質(zhì)。清洗完畢后用H2O2氫氧火焰對(duì)半成品碳化硅舟進(jìn)行拋光處理，其性質(zhì)也屬清潔。拋光溫度超過1700℃。拋光后由于會(huì)在初成品中產(chǎn)生應(yīng)力，需要再退火，目的在于消除半成品碳化硅舟中的應(yīng)力。當(dāng)然經(jīng)過退火處理時(shí)必須緊跟著再清潔，再干燥處理入成品檢驗(yàn)。在成品檢驗(yàn)時(shí)需用放大鏡對(duì)碳化硅舟進(jìn)行清潔度和色澤的檢查，最重要的是要用投影儀對(duì)受檢碳化硅舟的幾何尺寸進(jìn)行檢測(cè)，然后就得到合格的碳化硅舟成品。最終獲得的

成品碳化硅舟是高純度、高潔凈的，其雜質(zhì)含量控制在下表中規(guī)定的數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)。保證表面無污物。耐超高溫1700℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率高，不需開模具，不需昂貴的設(shè)備投資，采用單線切割具有精度高、破損率低的好處，這種避開昂貴的設(shè)備花費(fèi)充分利用人工的低成本的作業(yè)方式，正適合于勞動(dòng)密集從事的卻是高科技產(chǎn)業(yè)的合理產(chǎn)業(yè)方向和目前我國(guó)的國(guó)情。
圖3是本發(fā)明碳化硅舟的熱處理升溫曲線圖。
第一實(shí)施例，

圖1所示的是本發(fā)明用來加工制造半導(dǎo)體晶片用的碳化硅舟的線切割加工設(shè)備和工藝的示意圖，工件1被夾具夾持在工作臺(tái)上，由一個(gè)輥筒和兩個(gè)導(dǎo)輪組成的切割線傳動(dòng)系，最上面的那個(gè)輥筒為繞線驅(qū)動(dòng)輥筒2，導(dǎo)輪3、3′可以調(diào)節(jié)切割線4的張力。切割線4的芯線為鎢鉬線，外包含剛砂粉末涂層。所述金剛砂粉末的粒度為260粒/厘米2，所述金剛石粉末的硬度為莫氏10級(jí)。所述的切割線4被卷繞在驅(qū)動(dòng)輥筒2上(見圖2)，驅(qū)動(dòng)輥筒2的旋轉(zhuǎn)速度決定了切割線的運(yùn)動(dòng)線速度，所述的切割線的線速度為3米/秒。在切割時(shí)工件1被夾固在工作臺(tái)5上，所述的工作臺(tái)5可以上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在線切割過程中需要不斷噴淋冷卻液，所述的工作臺(tái)配有集水盤6，集水盤6的下面是盛液筒7，所述的冷卻液通過管子和水泵8被送到工件1的上方不斷地噴淋被加工的碳化硅工件1。圖1所示的是本發(fā)明切割制造碳化硅舟的第(1)道工序，這就是從一個(gè)碳化硅圓筒體11上用線切割割取瓦片狀的坯料。
圖2顯示的是本發(fā)明工序的第(2)步，這就是對(duì)在第(1)步工序中切割取材的碳化硅坯料9進(jìn)行縫槽10的切割。所述的縫槽10的寬度為0.9毫米，所用的切割線4的線徑為0.8毫米。采取人工單線切割加工。導(dǎo)輪11、11′、11″可以調(diào)節(jié)其張緊度。驅(qū)動(dòng)輥筒2的轉(zhuǎn)速使切割線4的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到5米/秒左右。
在完成第(2)工序，即，對(duì)坯料的成形切割加工之后就獲得了碳化硅舟的初成品，這是帶多縫的呈瓦片狀弧形彎曲的，中心帶方形透孔的初成品。但在線切割加工過程中會(huì)有許多碳化硅粉狀碎屑和冷卻液中的油脂和雜質(zhì)沾附在初成品上，以及在磨割過程中由于高溫造成某些有害金屬元素雜質(zhì)的析出，所以，接下去必須對(duì)初成品進(jìn)行多道清洗，這就是工序(3)。
在清洗下序(3)中又分為三步，首先是用一般的日用洗潔精對(duì)初成品進(jìn)行去油脂和顆粒的清洗，清洗后即干燥，再換用三氯乙烯對(duì)初成品進(jìn)行清洗，再干燥，三氯乙烯對(duì)礦物性油脂有較好的清洗效果。在上述兩道清洗完成后接著進(jìn)行第二項(xiàng)內(nèi)容的清洗，這就是用濃硫酸(96％濃度)加配雙氧水作清洗液(硫酸∶雙氧水＝1∶2)對(duì)初成品進(jìn)行清洗，目的在于除去一些有害的金屬雜質(zhì)如Fe、Mn、Cu、Cr、Na、K等，同時(shí)也清除一些顆粒狀雜質(zhì)，清洗(3)完后進(jìn)行干燥。清洗工序的第三步是用氫氟酸HF和純水作為清洗液對(duì)初成品進(jìn)行清洗，主要是為了除去沾附在初成品上的含硅顆粒雜質(zhì)。
在結(jié)束第(3)工序之后第一階段的清洗就算是結(jié)束了，接下去是退火熱處理工序(4)，此時(shí)，將經(jīng)過清洗后的初成品放入一個(gè)石英方缸(未顯示)內(nèi)，加蓋，再置入退火爐內(nèi)，按圖3所示的熱處理溫度特性曲線的要求進(jìn)行升溫、保溫、熱處理，所需時(shí)間約四小時(shí)。先是在60分鐘內(nèi)升溫至900℃，然后保溫30分鐘，再花90分鐘時(shí)間升溫至1250℃，再保溫30分鐘，再后將工件從熱處理爐內(nèi)取出，在空氣中自然冷卻。
在上所述第(4)工序的退火結(jié)束后還要進(jìn)行用氫氟酸HF加純水作為清洗液的浸泡和刷洗的第(5)工序，這樣的清洗可重復(fù)幾次，直至退火后碳化硅舟初成品的表面色澤達(dá)到恢復(fù)其本色的程度為止。
接下去的工序是第(6)工序，這就是對(duì)初成品再進(jìn)行氫氧火焰(H2O2)進(jìn)行噴燒的拋光工序。目的在于進(jìn)一步清除初成品表面析出的有害金屬元素雜質(zhì)。溫度超過1700℃。拋光也屬清洗性質(zhì)的工序。
由于第(6)拋光工序的火焰高溫會(huì)使初成品碳化硅舟產(chǎn)生應(yīng)力，而這種應(yīng)力必須消除。接下來的工序就是再進(jìn)行退火熱處理，這是工序(7)。此時(shí)仍按工序(4)退火熱處理所用的溫度特性曲線進(jìn)行消除應(yīng)力的退火熱處理(7)。
在第(7)工序結(jié)束后接下去再進(jìn)行清洗，這就是第(8)工序，用氫氟酸(25％)加凈水(75％)形成的清洗液對(duì)初成品再進(jìn)行清洗(8)，最后再用百分之百的純水進(jìn)行清洗，洗后進(jìn)行干燥處理，即入成品檢驗(yàn)工序。
第(9)道工序就是將自第(8)工序得到的初成品碳化硅舟進(jìn)行用放大鏡對(duì)其清潔度和表面色澤的檢查，然后再用投影儀對(duì)碳化硅舟的幾何尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，通過這兩道檢驗(yàn)后的初成品就成為最終合格產(chǎn)品上述所有工序均在高純凈度的環(huán)境下進(jìn)行。然后作最后的包裝，進(jìn)倉待發(fā)。
本發(fā)明的第二實(shí)施例其各項(xiàng)條件基本上與第一實(shí)施例相同，因?yàn)楸患庸さ奶蓟柚矍锌p寬度為0.35毫米，所用的切割線是線徑為0.2毫米的鎢鉬絲，切割線的運(yùn)動(dòng)線速度為7米/秒。
權(quán)利要求
1.一種制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其工藝步驟包含有(1)從市售碳化硅管材上切割取坯料、(2)對(duì)坯料進(jìn)行成形切割(坯料的挖空、梳縫的割出)、(3)對(duì)初成品進(jìn)行清洗(多次)、(4)退火熱處理、(5)再清洗、(6)拋光、(7)退火、(8)清洗、(9)成品檢驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的切割加工采用的是線切割加工法。
3.如權(quán)利要求2所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于所用的切割線是外表面上噴涂金剛石顆粒的鎢鉬線或錳線。
4.如權(quán)利要求3所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的切割線的線徑為0.1-2毫米的范圍。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的切割線外層涂復(fù)的金剛石粉末硬度為莫氏10級(jí)。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于所述的切割線外表的金剛石粉末涂層中顆粒的粒度為240～280粒/cm2。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于所述的切割線的運(yùn)動(dòng)線速度為5～10米/秒。
8.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的第(3)工序中包含有用洗潔精或三氯乙烯去除初成品上由線切割加工中冷卻液帶來的油脂等有害物。
9.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的第(3)工序中包含有用硫酸和雙氧水作清洗液對(duì)初成品所進(jìn)行的清洗，主要是去除各種有害金屬元素雜質(zhì)。
10.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是所述的第(3)工序中包含有用氫氟酸和純水為清洗液對(duì)碳化硅舟初成品在切割過程中出現(xiàn)的硅雜質(zhì)進(jìn)行的清洗。
11.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是初成品碳化硅舟在完成切割之后所進(jìn)行的清洗工序(3)至少有三次，所述的每道清洗完成后都必須經(jīng)過干燥處理、再進(jìn)行下一次清洗。
12.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是在退火時(shí)將被清洗和干燥后的碳化硅舟初成品置入一個(gè)超純凈度、超隔離雜質(zhì)的封閉石英缸內(nèi)再送入熱處理爐內(nèi)進(jìn)行退火熱處理(4)。
13.如權(quán)利要求1所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是在退火熱處理工藝(4)結(jié)束后要再進(jìn)行用氫氟酸加純水清洗初成品的工序(5)，清洗完后需接著進(jìn)行干燥處理。
14.如權(quán)利要求13所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于所述的“退火—清洗—干燥”工序(5)要反復(fù)循環(huán)進(jìn)行多次，以徹底清除雜質(zhì)和有害物。
15.如權(quán)利要求14所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于在多次重復(fù)循環(huán)的“退火—清洗—干燥”工序結(jié)束之后緊接著用氫氧火焰對(duì)初成品碳化硅舟進(jìn)行火焰噴射拋光處理工序(6)，溫度超過1700℃以上。
16.如權(quán)利要求15所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征是在用氫、氧火焰對(duì)半成品碳化硅舟進(jìn)行拋光去除雜質(zhì)的處理工序(6)后接下去要進(jìn)行旨在消除拋光工序中產(chǎn)生的熱應(yīng)力的退火熱處理工序(7)，退火在1150℃～1250℃的溫度環(huán)境下保溫0.5小時(shí)。
17.如權(quán)利要求1或2或3或8或9或10或11或12或13或14或15所述的制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法，其特征在于熱處理的升溫特征為從100℃升至900℃需60分鐘，然后在900℃溫度下保溫30分鐘左右，再花90分鐘時(shí)間將爐溫從900℃升至于1250℃，然后再保溫30～40分鐘，最后出爐在空氣中自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明是一種制造晶片用的碳化硅舟的切割制造方法,其特征是本發(fā)明采用的是線切割的加工方法,其工藝流程包含有(1)從碳化硅管上切割取坯料、(2)對(duì)坯料進(jìn)行成形切割、梳出梳縫、(3)對(duì)初成品進(jìn)行多道清洗,所用的清洗液有洗潔凈、三氯乙烯、硫酸和雙氧水,氫氟酸和純水等、(4)清洗完后進(jìn)行退火熱處理、(5)然后再清洗、(6)接著是采用氫氧火焰(H
文檔編號(hào)B26F3/12GK1375383SQ0211150
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者張彩根 申請(qǐng)人:張彩根