[发明专利]一种单晶硅棒外圆切割加工方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶硅的切割加工工艺方法和装置，特别是一种大、长弧面的电极电火花加工工艺方法和装置，属电火花加工方法和装置领域。

背景技术

制做半导体的基板流程中，硅单晶棒在切割成300～900微米厚度的硅片前，需要通过滚磨将晶棒的外圆尺寸加工为标准直径。通常的标准是：4”标准直径100.0mm、5”标准直径125.0mm、6”标准直径150.0mm、8”标准直径200.0mm及12”标准直径300.0mm。在滚磨过程中，硅单晶棒超出标准直径的那部分材料都将被磨削成细粉。

硅片切割是单晶硅加工的重要工序，常用的切割方法有：外圆切割(OD saw)、内圆切割(ID saw)和线切割(Wire saw)。采用外圆切割大直径硅片时刀片因太薄(刀片典型厚度：300～400微米)且受到硅片径压力，容易产生变形和侧向摆动，是材料损耗加大，表面不平整。内圆切割方法是在刀片内径电沉积金刚石磨料作为切割刃切割硅片，内圆切割的硅片表面质量优于外圆切割的质量，但切割效率不能满足实际生产的需求，多线切割技术已经成为目前主流技术。但是由于多线切割加工原理的局限性，需要对切割线振动控制、切割线寿命、磨料和切削液利用率等关键技术开展进一步研究，以减少切缝损失和提高表面质量。

外圆切割(OD saw)、内圆切割(ID saw)和线切割(Wire saw)的工作原理是相同的，在切割过程中硅片因机械作用造成的刀痕、损伤、破损产生包括机械应力和热经理在内的应力，在切割表面产生损伤形成损伤层，而这些包含微裂痕的硅晶格损伤层需要后序工序才能去除掉。为了消除这类机械切割方式产生的包含微裂痕的硅晶格损伤层，一种非接触式工艺——放电线切割工艺(WEDM)技术被引进到半导体单晶硅的加工领域中。

200710025572“太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置提供了一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置，属特种加工范畴，针对低电阻率(0.01～100Ω·cm)的单晶或多晶硅锭，采用较高电导率(0.1～10ms/cm)工作液，基于无切削力的电火花放电和高温脉冲电化学腐蚀复合加工原理，实现太阳能硅片高效低成本切割及绒面制作，满足晶硅太阳电池的生产工艺需求。

发明内容

本发明提供一种单晶硅棒外圆切割加工方法和装置，使用本方法和装置对重掺杂硅单晶外圆切割加工一次成型，晶体表面无加工应力损伤残留，保留单晶的外壳可以回收。

为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

这种单晶硅棒外圆切割加工的方法，它包括以下步骤：以钼丝或钼合金金属细丝作为工作电极，使走丝速度在1-30m/s之间，在切割加工过程中，脉冲发生器的电压脉冲宽度在1-100μs之间且可调；电压在0-200伏特之间，加工工作液的电导率为0.5-50ms/cm。

所述的单晶硅棒为重掺杂晶体，电阻率在0.0005-0.10Ω.cm，直径4英寸-8英寸锭长100-400cm。

所述的工作液为：植物油含量5～10％(单位为重量百分比、下同)、甘油1～3％、硅油0.1～1％、松香4～8％、烷基硫酸钠1～2％、钼酸钠1～2％等与1.5～2％乳化剂(OP)、余量纯水组成，NaOH调节PH值在5～7范围。

控制系统，脉冲发生器，脉冲输出一端连接待加工的单晶硅棒作为工作电极，该工作电极固定在X、Y方向运动的平台上；脉冲输出的另一端连接工具电极，工作电极与单晶硅棒之间的间隙导入工作液；加工工作液、供液泵、工作液贮箱组成冷却、灭弧、排渣润滑系统，所述的工具电极通过储丝简、导轮。

本方法优点是：利用高掺杂的硅单晶电阻率低的特点，使用电火花加工技术，高掺杂的硅单晶外圆切割加工一次成型且晶体表面几乎无加工应力损伤。这种单晶硅棒(锭)外圆切割加工工艺方法可以保留单晶的外壳(重量占单晶的5-15％)，这部分材料可以回收；而使用常规单晶硅棒(锭)的外圆滚磨加工方法，这部分材料都被磨削成细粉而无法回收。

附图说明

图1：单晶硅棒(锭)的外圆切割成型示意图

图2：切割的加工原理

图3：脉冲电压波形

1-控制系统，2-储丝简，3-导轮，4-工具电极(金属丝)，5-工作电极(晶棒)，6-工作液，7--绝缘板，8-脉冲发生器，9-供液泵10--工作液贮箱，11-X、Y控制步进电动机。

具体实施方式

实施例1