一种功率器件用半导体硅切片金刚线切割工艺的制作方法

本发明属于金刚线切割技术领域，具体地说涉及一种功率器件用半导体硅切片金刚线切割工艺。

背景技术：

目前功率器件用小直径硅切片广泛应用于中低集成度集成电路，小尺寸硅切片在经过研磨、腐蚀以后，可以作为基底材料通过外延及cvd等工艺，制作成各种电力电子器件。为了保证电子电力器件的成品率，对小直径硅切片片面质量要求较高，目前硅晶圆片切片主要通过多线砂浆切割，砂浆切割采用游离磨料切割，切割过程主要由高速运转的钢线将砂浆中的sic等微粉磨料带到硅棒的切割区域，通过微粉磨料的滚磨实现对硅晶棒的切割。但是，多线砂浆切割有以下缺点：

1)工艺时间较长、效率低下；

2)砂浆切割采用油基切割液与sic混合切割，极易造成环境污染，后期处理难度较大，成本较高；

3)单片切割成本较高；

4)随着磨料的磨损，半导体硅切片的片面质量波动较大；

5)游离磨料切割过程中造成的硅片损伤层大，需要的研磨量大。

另外由于游离磨料切割能力较弱，导致砂浆切割工艺切割时间较长，整刀台速较低；砂浆切片所用钢线线径较大，并且游离磨料切割过程极易造成对钢线的损伤。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，现提出能够提高硅棒加工效率的一种功率器件用半导体硅切片金刚线切割工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种功率器件用半导体硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，包括以下步骤：

s1、硅棒零点设置：通过设备工件台将粘接好的硅棒悬挂于线网正上方，硅棒下缘与线网相切的位置为零点；

s2、设置喷淋方式为溢流式喷淋；

s3、添加切割液；

s4、设置工件台台速：入刀阶段金刚线运行速度为600m/min-700m/min，线加速度为3m/s^2-5m/s²，台速为350μm/min-450μm/min；台速拉升阶段台速升高至850μm/min；收刀阶段台速为550μm/min-650μm/min，线速度为800m/min-900m/min；

s5、设置单步周期耗线：耗线拉升阶段，设单步周期线耗为z，设台速为t，硅棒直径为r，比例系数为k1，工件台进给位置为l，则耗线拉升阶段单步周期线耗恒定耗线阶段的单步周期线耗为耗线拉升阶段的最大值；耗线降低阶段设单步周期线耗为z’，设台速为t’，硅棒直径为r，比例系数为k2，工件台进给位置为l’，则耗线降低阶段单步周期线耗

s6、开始切割，硅棒从-0.5mm的位置以步骤s4中所述台速下压，线网以往复切割的方式对硅棒进行切割，直至切割完成。

进一步地，步骤s2中，设置喷淋装置的溢流管底端距离线网高度为2.5-4mm。

进一步地，步骤s3中，所述切割液为有机分散剂和ro纯水的混合液。

进一步地，所述有机分散剂和ro水的体积比为1：250～3：250

进一步地，步骤s3中，设置切割液的初始温度为20±2℃，切割液的流量为80l/min～100l/min。

进一步地，步骤s4中，设置入刀阶段送线量为900m-1400m，入刀阶段硅棒进给量为1mm-2mm。

进一步地，步骤s6中，线网采用直径为70μm的金刚线。

进一步地，切割完成后，将硅切片放入加有脱胶剂的池子中进行脱胶，脱胶剂采用乳酸，脱胶温度为80℃-90℃，脱胶时间为20min。

进一步地，所述乳酸与水的体积配比为乳酸：水＝1：4-6。

进一步地，脱胶后，对硅切片进行清洗，在水中添加碱性清洗剂，体积配比为清洗剂：水＝1:20-25，清洗完硅切片之后，对硅切片进行甩干处理。

本发明的有益效果是：

1)将金刚线切片应用于功率器件用小直径硅切片，这种方式切割力更强，且较易实现快切化细线化，实现金刚线对砂浆切割半导体硅切片的切割方式替代。

2)适用于功率器件用小直径硅切片的零点设置、喷淋方式及喷淋位置，切割过程中硅切片ttv均值小于9μm，较砂浆均值下降3μm，大大降低了硅切片ttv。

3)适用于功率器件用小直径硅切片圆片的台速变化规律和单步周期耗线变化规律，首次将台速变化和单步周期耗线变化与硅棒切除量建立关系，增加了切割效率和硅片表面质量，硅切片的warp均值达到11μm以下，较砂浆切片量产均值降低2μm。

4)采用水基切割液代替油基和sic混合切割液，大大降低了切割成本，且生产过程更加环保，单片切割成本较砂浆切片降低0.42元/pcs。

5)降低切割用钢线直径，提高硅棒利用率，较砂浆切割出片率高7％以上。

具体实施方式

本发明的功率器件用半导体硅切片金刚线切割工艺，采用多线切割方式进行切割，包括以下步骤：

1)硅棒零点设置。通过设备工件台将粘接好的硅棒悬挂于线网正上方，切割时硅棒下缘与线网相切的位置为零点；设置零点时，站在一侧观看硅棒与线网缝隙，零点位置处要求线网完全无光透过，即硅棒头尾均完全无光透过。

本工艺方法硅棒开始切割位置的坐标为-0.5mm，即硅棒位于线网上方0.5mm处。随着切割开始，硅棒下压，硅棒坐标逐渐增大。从工艺设定的起始坐标-0.5mm开始，以一定的台速向下压送硅棒进行切割，硅棒完全切透为切割结束。同时，要求-0.5mm位置透过的光越多越好(缝隙越大越好，保证线网完全远离硅棒)。

2)设置喷淋方式为溢流式喷淋，即切割液充满喷淋装置的集液槽后沿着切割液导向板缓慢均匀流向线网，设置喷淋装置的溢流管底端距离线网高度为2.5-4mm。

3)添加切割液。切割液为有机分散剂(内含消泡剂)和ro纯水的混合液，其中有机分散剂和ro水的体积比为1：250～3：250。设置开始切割时的切割液初始温度为20±2℃，切割液的喷淋流量为80l/min～100l/min。

4)设置切割工艺为往复切割工艺，即先从线网进线端进新线x米，然后再从线网出线端回线y米，且x＞y，一次送线和一次回线称为一个循环结束，x-y为单步周期耗线。

5)设置工件台台速。本工艺方法台速变化分为4个阶段，分别为入刀阶段、台速拉升阶段、主切割阶段和收刀阶段。

入刀阶段即切割开始的第一个循环，入刀阶段金刚线运行速度为600m/min-700m/min，线加速度为3m/s^2-5m/s²，台速为350μm/min-450μm/min，送线量为900m-1400m，入刀阶段结束硅棒进给1mm-2mm。

台速拉升阶段为入刀阶段结束后台速逐渐升高的阶段，本阶段台速线速逐渐升高至850μm/min，台速拉升阶段结束，硅棒进给量30mm-50mm。

主切割阶段为台速拉升阶段结束后收刀阶段开始前的阶段，此阶段台速数值变化正比于硅棒切除量的变化，台速先减小在增大。具体为，设台速为t，硅棒直径为r，比例系数为k，工件台进给位置为l(进给位置对应硅棒不同的切除量变化)，则

收刀阶段是在切割结束前，工艺进给剩余25mm时，台速线速逐渐降低的阶段，台速逐渐降低为550μm/min-650μm/min，线速度逐渐降低为800m/min-900m/min。

6)设置单步周期耗线。本工艺方法单步周期线耗变化分为3个阶段，分别为耗线拉升阶段、恒定耗线阶段和耗线降低阶段。

耗线拉升阶段为切割开始到硅棒切除量最大位置，此阶段单步周期耗线与硅棒切除量成正比，设单步周期线耗为z，设台速为t，硅棒直径为r，比例系数为k1(常数)，工件台进给位置为l(进给位置对应硅棒不同的切除量变化)，

恒定耗线阶段为单步周期耗线达到最大后，单步周期耗线量保持不变的阶段，此阶段单步周期耗线在最大值保持不变，此阶段晶棒进给量为20-30mm。

耗线降低阶段为恒定耗线阶段结束至切割结束的阶段，此阶段单步周期耗线与晶棒切除量成正比，设单步周期线耗为z’，设台速为t’，硅棒直径为r，比例系数为k2(常数)，工件台进给位置为l’(进给位置对应硅棒不同的切除量变化)，

7)开始切割，硅棒从-0.5mm的位置以上述台速逐渐下压，线网以往复切割的方式对硅棒进行切割，切割过程使用金刚线直径为70μm。

8)切割完成后，将硅切片放入加有脱胶剂的池子中进行脱胶，脱胶剂采用乳酸，脱胶温度为80℃-90℃，脱胶时间为20min。乳酸与水的体积配比为乳酸：水＝1：(4-6)。脱胶后，对硅切片进行清洗，在水中添加碱性清洗剂，体积配比为清洗剂：水＝1:(20-25)，清洗完硅切片之后，对硅切片进行甩干处理。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

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