CN109913943A - 一种SiC基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SiC基板的制造方法，S1、准备SiC粉末，将其作为原料，S2、将S1中的SiC粉末原料放置在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长，然后得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶，S3、将待切割的SiC块状单晶安装在工作台上，涉及SiC基板制作技术领域。该SiC基板的制造方法，采用金刚石切割线进行切割，并在切割时进行喷浆，可以对大直径的SiC单晶进行切割，切出的SiC基板表面平整，每次可以切割多块SiC的块状单晶，提高了SiC基板的制作质量，在制作SiC的块状单晶时，碳化硅粉末升华速度快，从而SiC单晶在籽晶上生长速度快，提高了碳化硅单晶的制作效率，降低了生产成本。

Description

一种SiC基板的制造方法

技术领域

本发明涉及SiC基板制作技术领域，具体为一种SiC基板的制造方法。

背景技术

碳化硅又名，碳硅石、金钢砂或耐火砂，化学简式：SiC，是用石英砂、石油焦或煤焦、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料，碳化硅在大自然也存在于罕见的矿物，在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，SiC单晶在热学、化学方面非常稳定、机械强度优异、耐放射线方面强，而且与Si单晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异物性，因此可实现Si单晶和GaAs单晶等现有半导体材料不能实现的高输出、高频、耐电压、耐环境性等，可进行大电力控制和节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高温器件材料、耐放射线器件材料等这样宽范围的新一代半导体材料的期待正在高涨，作为针对地球温室化的对策，需求节能技术的提高，其中，减少电力转换时的能量损失的电力电子技术被定位为基础技术，电力电子技术一直以来使用硅半导体进行了技术改良，但从硅的材料物性的界限来看，其性能提高也正在接近于极限，因此期待聚集在具有比硅高的物性界限的碳化硅上，碳化硅相对于硅，具有例如能带隙约为3倍、击穿电场强度约为10倍、热导度约为3倍的优异的物性。

传统的SiC基板的制造方法，没有采用金刚石切割线进行切割，没有在切割时进行喷浆，很难对大直径的SiC单晶进行切割，切出的SiC基板表面不平整，很大程度上降低了SiC基板的制作质量，在制作SiC的块状单晶时，碳化硅粉末升华速度慢，从而使得SiC单晶在籽晶上生长速度慢，降低了碳化硅单晶的制作效率，增加了生产成本。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种SiC基板的制造方法，解决了现有的SiC基板的制造方法很难对大直径的SiC单晶进行切割，切出的SiC基板表面不平整，很大程度上降低了SiC基板的制作质量，碳化硅单晶的制作效率低，生产成本高的问题。

(二)技术方案

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种SiC基板的制造方法，包括如下步骤：

S1、准备SiC粉末，将其作为原料；

S2、将S1中的SiC粉末原料放置在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长，然后得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶，得到的SiC圆柱状单晶直径为1英寸至3英寸的圆柱体；

S3、将待切割的SiC块状单晶安装在工作台上；

S4、将金刚砂与切割液按照1比2的质量比进行配比，制作混合砂浆，使砂浆密度达到1.2至1.3之间，通过搅拌机对其进行搅拌，搅拌2至3个小时；

S5、将金刚石切割线绕到切割轮上，形成均匀的环形线网，设定切割线运行速度，启动切割机，将混合砂浆喷向金刚石切割线，使浸有混合砂浆砂浆的金刚石切割线对SiC块状单晶进行切割，制得成品。

切割液为合成切削液，是一种水基型的切削液，它采用化学品制成，具有存放期长、安全无毒、高工效、高光洁度的特点，没有生理毒性和环境污染的问题，是一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，切削液由多种助剂经复合配伍而成，具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、清洗性能，通过喷洒混合砂浆对碳化硅单晶体进行切割，使得切割效率高。

优选的，所述步骤S1中，SiC粉末为含有α型碳化硅的粉末、含有β型碳化硅的粉末或含有α型碳化硅和β型碳化硅的混合物的粉末。

碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α型碳化硅和立方体的β型碳化硅称立方碳化硅，α型碳化硅由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，β型碳化硅于2100℃以上时转变为α型碳化硅。

优选的，所述步骤S5中，切割线运行速度为700m/min至1600m/min，切割张力为10N至80N。

优选的，步骤S5中，金刚石切割线是以高碳钢丝为基材，表面电镀金刚石颗粒，金刚石切割线的直径为150um至400um，金刚石切割线表面的颗粒直径为15um至70um。

金刚石俗称金刚钻，是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，是碳同素异形体。

优选的，所述步骤S2中，以堆密度为0.5至1.8g/cm3的方式将SiC粉末原料放置于坩埚内对其加热，从而使得碳化硅粉末升华速度快，很大程度上提高了碳化硅单晶的制作效率。

(三)有益效果

本发明提供了一种SiC基板的制造方法。具备以下有益效果：该SiC基板的制造方法，通过S1、准备SiC粉末，将其作为原料，S2、将S1中的SiC粉末原料放置在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长，然后得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶，S3、将待切割的SiC块状单晶安装在工作台上，S4、将SiC金刚砂与切割液按照1比2的质量比进行配比，制作混合砂浆，使砂浆密度达到1.2至1.3之间，通过搅拌机对其进行搅拌，搅拌2至3个小时，S5、将金刚石切割线绕到切割轮上，形成均匀的环形线网，设定切割线运行速度，启动切割机，将混合砂浆喷向金刚石切割线，使浸有混合砂浆砂浆的金刚石切割线对SiC块状单晶进行切割，制得成品，本发明采用金刚石切割，并在切割时进行喷浆，可以对大直径的SiC单晶进行切割，切出的SiC基板表面平整，每次可以切割多块SiC的块状单晶，很大程度上提高了SiC基板的制作质量，同时提高了切割的效率，在制作SiC的块状单晶时，碳化硅粉末升华速度快，从而SiC单晶在籽晶上生长速度块，很大程度上提高了碳化硅单晶的制作效率，降低了生产成本。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种SiC基板的制造方法，包括如下步骤：

S1、准备SiC粉末，将其作为原料；

S2、将S1中的SiC粉末原料放置在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长，然后得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶；

S3、将待切割的SiC块状单晶安装在工作台上；

S4、将金刚砂与切割液按照1比2的质量比进行配比，制作混合砂浆，使砂浆密度达到1.2至1.3之间，通过搅拌机对其进行搅拌，搅拌2至3个小时；

S5、将金刚石切割线绕到切割轮上，形成均匀的环形线网，设定切割线运行速度，启动切割机，将混合砂浆喷向金刚石切割线，使浸有混合砂浆砂浆的金刚石切割线对SiC块状单晶进行切割，制得成品。

本发明中，步骤S1中，SiC粉末为含有α型碳化硅的粉末、含有β型碳化硅的粉末或含有α型碳化硅和β型碳化硅的混合物的粉末。

本发明中，步骤S5中，切割线运行速度为700m/min至1600m/min，切割张力为10N至80N。

本发明中，步骤S5中，金刚石切割线是以高碳钢丝为基材，表面电镀金刚石颗粒，金刚石切割线的直径为150um至400um，金刚石切割线表面的颗粒直径为15um至70um。

本发明中，步骤S2中，以堆密度为0.5至1.8g/cm3的方式将SiC粉末原料放置于坩埚内对其加热。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种SiC基板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、准备SiC粉末，将其作为原料；

S2、将S1中的SiC粉末原料放置在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长，然后得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶；

S3、将待切割的SiC块状单晶安装在工作台上；

S4、将金刚砂与切割液按照1比2的质量比进行配比，制作混合砂浆，使砂浆密度达到1.2至1.3之间，通过搅拌机对其进行搅拌，搅拌2至3个小时；

S5、将金刚石切割线绕到切割轮上，形成均匀的环形线网，设定切割线运行速度，启动切割机，将混合砂浆喷向金刚石切割线，使浸有混合砂浆砂浆的金刚石切割线对SiC块状单晶进行切割，制得成品。

2.根据权利要求1所述的一种SiC基板的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，SiC粉末为含有α型碳化硅的粉末、含有β型碳化硅的粉末或含有α型碳化硅和β型碳化硅的混合物的粉末。

3.根据权利要求1所述的一种SiC基板的制造方法，其特征在于：所述步骤S5中，切割线运行速度为700m/min至1600m/min，切割张力为10N至80N。

4.根据权利要求1所述的一种SiC基板的制造方法，其特征在于：所述步骤S5中，金刚石切割线是以高碳钢丝为基材，表面电镀金刚石颗粒，金刚石切割线的直径为150um至400um，金刚石切割线表面的颗粒直径为15um至70um。

5.根据权利要求1所述的一种SiC基板的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，以堆密度为0.5至1.8g/cm3的方式将SiC粉末原料放置于坩埚内对其加热。