專利名稱：一種單晶硅棒外圓切割加工方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶硅的切割加工工藝方法和裝置，特別是一種大、長(zhǎng)弧面的電極電火花加工工藝方法和裝置，屬電火花加工方法和裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
制做半導(dǎo)體的基板流程中，硅單晶棒在切割成300 900微米厚度的硅片前，需要通過(guò)滾磨將晶棒的外圓尺寸加工為標(biāo)準(zhǔn)直徑。通常的標(biāo)準(zhǔn)是4”標(biāo)準(zhǔn)直徑100. 0mm、5”標(biāo)準(zhǔn)直徑125. Omm,6"標(biāo)準(zhǔn)直徑150. Omm,8"標(biāo)準(zhǔn)直徑200. Omm及12”標(biāo)準(zhǔn)直徑300. 0mm。在滾磨過(guò)程中，硅單晶棒超出標(biāo)準(zhǔn)直徑的那部分材料都將被磨削成細(xì)粉。硅片切割是單晶硅加工的重要工序，常用的切割方法有外圓切割(0D saw)、內(nèi)圓切割(ID saw)和線切割(Wire saw) 0采用外圓切割大直徑硅片時(shí)刀片因太薄(刀片典型厚度300 400微米)且受到硅片徑壓力，容易產(chǎn)生變形和側(cè)向擺動(dòng)，是材料損耗加大，表面不平整。內(nèi)圓切割方法是在刀片內(nèi)徑電沉積金剛石磨料作為切割刃切割硅片，內(nèi)圓切割的硅片表面質(zhì)量?jī)?yōu)于外圓切割的質(zhì)量，但切割效率不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，多線切割技術(shù)已經(jīng)成為目前主流技術(shù)。但是由于多線切割加工原理的局限性，需要對(duì)切割線振動(dòng)控制、 切割線壽命、磨料和切削液利用率等關(guān)鍵技術(shù)開展進(jìn)一步研究，以減少切縫損失和提高表面質(zhì)量。外圓切割(0D saw)、內(nèi)圓切割(ID saw)和線切割(Wire saw)的工作原理是相同的，在切割過(guò)程中硅片因機(jī)械作用造成的刀痕、損傷、破損產(chǎn)生包括機(jī)械應(yīng)力和熱經(jīng)理在內(nèi)的應(yīng)力，在切割表面產(chǎn)生損傷形成損傷層，而這些包含微裂痕的硅晶格損傷層需要后序工序才能去除掉。為了消除這類機(jī)械切割方式產(chǎn)生的包含微裂痕的硅晶格損傷層，一種非接觸式工藝——放電線切割工藝(WEDM)技術(shù)被引進(jìn)到半導(dǎo)體單晶硅的加工領(lǐng)域中。200710025572 “太陽(yáng)能硅片的切割制絨一體化加工方法及裝置提供了一種太陽(yáng)能硅片的切割制絨一體化加工方法及裝置，屬特種加工范疇，針對(duì)低電阻率(0.01 100 Ω -cm)的單晶或多晶硅錠，采用較高電導(dǎo)率(0. 1 lOms/cm)工作液，基于無(wú)切削力的電火花放電和高溫脈沖電化學(xué)腐蝕復(fù)合加工原理，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能硅片高效低成本切割及絨面制作，滿足晶硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)工藝需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單晶硅棒外圓切割加工方法和裝置，使用本方法和裝置對(duì)重?fù)诫s硅單晶外圓切割加工一次成型，晶體表面無(wú)加工應(yīng)力損傷殘留，保留單晶的外殼可以回收。為達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案這種單晶硅棒外圓切割加工的方法，它包括以下步驟以鉬絲或鉬合金金屬細(xì)絲作為工作電極，使走絲速度在l_30m/S之間，在切割加工過(guò)程中，脈沖發(fā)生器的電壓脈沖寬度在1-100 μ s之間且可調(diào)；電壓在0-200伏特之間，加工工作液的電導(dǎo)率為0. 5-50ms/cmo所述的單晶硅棒為重?fù)诫s晶體，電阻率在0. 0005-0. 10 Ω . cm,直徑4英寸_8英寸錠長(zhǎng) 100-400cm。所述的工作液為植物油含量5 10% (單位為重量百分比、下同)、甘油1 3%、硅油0. 1 1%、松香4 8%、烷基硫酸鈉1 2%、鉬酸鈉1 2%等與1.5 2%乳化劑(OP)、余量純水組成，NaOH調(diào)節(jié)PH值在5 7范圍?？刂葡到y(tǒng)，脈沖發(fā)生器，脈沖輸出一端連接待加工的單晶硅棒作為工作電極，該工作電極固定在X、Y方向運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上；脈沖輸出的另一端連接工具電極，工作電極與單晶硅棒之間的間隙導(dǎo)入工作液；加工工作液、供液泵、工作液貯箱組成冷卻、滅弧、排渣潤(rùn)滑系統(tǒng)，所述的工具電極通過(guò)儲(chǔ)絲簡(jiǎn)、導(dǎo)輪。本方法優(yōu)點(diǎn)是利用高摻雜的硅單晶電阻率低的特點(diǎn)，使用電火花加工技術(shù)，高摻雜的硅單晶外圓切割加工一次成型且晶體表面幾乎無(wú)加工應(yīng)力損傷。這種單晶硅棒(錠) 外圓切割加工工藝方法可以保留單晶的外殼(重量占單晶的5-15% )，這部分材料可以回收；而使用常規(guī)單晶硅棒(錠)的外圓滾磨加工方法，這部分材料都被磨削成細(xì)粉而無(wú)法回收。


圖1 單晶硅棒(錠)的外圓切割成型示意2 切割的加工原理圖3:脈沖電壓波形1-控制系統(tǒng)，2-儲(chǔ)絲簡(jiǎn)，3-導(dǎo)輪，4-工具電極(金屬絲)，5-工作電極(晶棒)， 6-工作液，7—絕緣板，8-脈沖發(fā)生器，9-供液泵10-工作液貯箱，11-X、Y控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一段6”毛坯單晶棒，外徑在158. 0 160. 0之間長(zhǎng)度為240mm，導(dǎo)電型號(hào)為N型電阻率范圍在0. 0040 0. 0050 Ω . cm。切割加工時(shí)，與脈沖發(fā)生器(8)的一極連接工具電極 (4)采用直徑為0. 10 0. 30mm的細(xì)鉬絲，優(yōu)選的鉬絲直徑為0. 12 0. 15mm，鉬絲長(zhǎng)度為另1 3km纏繞儲(chǔ)絲簡(jiǎn)O)內(nèi)；脈沖發(fā)生器(8)的另一極與工作電極(5)相連接形成放電回路。工具電極(4)走絲速度為lOm/s，工具電極自動(dòng)進(jìn)給裝置控制以保證常加工時(shí)與工作電極(5)維持一個(gè)很小的放電間隙(0.01 0.05mm)，間隙，此間隙充滿了工作液 (6)。當(dāng)脈沖電壓V(圖3)加到兩極間時(shí)，極間的工作液介質(zhì)被擊穿而形成放電通道，脈沖放電時(shí)間間隔在10 60 μ s，切割速度60 100mm2/min，外殼重量占毛坯重量的11%。。實(shí)施例2單晶棒(錠)的電導(dǎo)率對(duì)切割速度影響。如果單晶棒(錠)電阻率較高，降低了金屬線⑷和晶棒(5)之間的電流，從而減小了脈沖能量并最終降低了切割效率。對(duì)于電子為多數(shù)載流子的N型單晶硅棒，電阻率與摻雜濃度的關(guān)系表一、電阻率與摻雜濃度的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種單晶硅棒外圓切割加工方法，其特征是它包括以下步驟以鉬絲或鉬合金金屬細(xì)絲作為工作電極，使走絲速度在l-30m/s之間，在切割加工過(guò)程中，脈沖發(fā)生器的電壓脈沖寬度在1-100 μ s之間且可調(diào)；電壓在0-200伏特之間，加工工作液的電導(dǎo)率為 0. 5_50ms/cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種單晶硅棒外圓切割加工方法，其特征是所述的單晶硅棒為重?fù)诫s晶體，電阻率在0. 0005-0. 10 Ω . cm,直徑4英寸-8英寸錠長(zhǎng)100_400cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種單晶硅棒外圓切割加工方法，其特征是所述的工作液為 植物油含量5 10%、甘油1 3%、硅油0. 1 1%、松香4 8%、烷基硫酸鈉1 2%、 鉬酸鈉1 2%等與1.5 2%乳化劑(OP)、余量純水組成，NaOH調(diào)節(jié)PH值在5 7范圍。
4.一種用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于它包括控制系統(tǒng)，脈沖發(fā)生器，脈沖輸出一端連接待加工的單晶硅棒作為工作電極，該工作電極固定在X、Y方向運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上；脈沖輸出的另一端連接工具電極，工作電極與單晶硅棒之間的間隙導(dǎo)入工作液； 加工工作液、供液泵、工作液貯箱組成冷卻、滅弧、排渣潤(rùn)滑系統(tǒng)，所述的工具電極通過(guò)儲(chǔ)絲簡(jiǎn)、導(dǎo)輪。
全文摘要
一種單晶硅棒外圓切割加工方法及裝置，屬于非接觸式電火花加工范疇。切割加工的方法是以鉬絲或鉬合金金屬細(xì)絲作為工作電極，使走絲速度在1-30m/s之間，在切割加工過(guò)程中，脈沖發(fā)生器的電壓脈沖寬度在1-100μs之間且可調(diào)；電壓在0-200伏特之間，加工工作液的電導(dǎo)率為0.5-50ms/cm。針對(duì)重?fù)诫s單晶(電阻率在0.0001-0.10Ω.cm范圍)單晶硅棒(錠)，錠長(zhǎng)100-400cm。采用較高電導(dǎo)率(0.5-50ms/cm)工作液，基于無(wú)切削力的電火花放電原理，實(shí)現(xiàn)單晶硅棒(錠)外圓切割加工一次成型且晶體表面幾乎沒(méi)有加工應(yīng)力損傷殘留。這種單晶硅棒(錠)外圓切割加工工藝方法可以保留單晶的外殼(重量占單晶的5-15％)，這部分材料可以回收。
文檔編號(hào)B23H7/34GK102554377SQ20101062083
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者侯艷柱, 劉紅艷, 葉松芳, 孔祥玉, 方峰, 趙陽(yáng), 鄭沉, 高朝陽(yáng) 申請(qǐng)人:國(guó)泰半導(dǎo)體材料有限公司, 有研半導(dǎo)體材料股份有限公司