一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法

技术领域

本发明涉及半导体材料加工领域，更具体地说，涉及一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法。

背景技术

碳化硅锭在开炉后可进行人为判断，进行初步筛选，去除明显不合格的产品，可减少后续的加工、质量检测的工作量；

经专利检索发现，公开号为CN112899788B的中国专利公开了一种碳化硅晶锭的初步筛选方法及装置，该装置通过对碳化硅晶锭打磨切割处理后，提高了可视化程度，且利用紫外照射，筛选获得微管密度或包裹体密度合格的碳化硅晶锭，提高了初筛的准确性，降低了后续加工和检测的工作强度；

但其需要依次将所有的碳化硅锭放置在显微镜上，利用紫外线对碳化硅锭进行检测，导致对碳化硅锭进行筛选时的工作量较大，筛选碳化硅锭的难度较大，效率较差，为此我们提出一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法，它可以实现，在利用紫外线对碳化硅锭进行细筛之前，通过磁力快速地对碳化硅锭进行粗筛，有效的减少对碳化硅锭进行筛选的工作量，从而能够快速便捷的完成对的。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法，包括有以下步骤：

S1、杂质筛分，通过水筛法对碳化硅锭和其余杂质进行筛分，筛选出干净的碳化硅锭；

S2、尺寸筛分，对碳化硅锭的尺寸进行筛分，筛分出尺寸相同的合格硅锭和与合格硅锭相差较大的不合格硅锭；

S3、碳化硅锭分级，利用磁力和不同等级碳化硅锭之间的密度差将碳化硅锭筛分为一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭；

S4、质量检测，利用紫外线观测二级硅锭的透光波长与标准颜色波长阈值，判断二级硅锭的微管密度或包裹体密度是否合格。

进一步的，所述水筛法包括有以下步骤：

S101、将成形后掺杂有杂质的碳化硅锭放置进入水中，利用水的浮力使具有浮力的杂质浮于水面，与碳化硅锭分离；

S102、利用超声波放射设备向水中放射超声波，对碳化硅锭进行超声波清洗；

S103、对水进行搅拌，利用水搅拌时形成的旋流对粘附在碳化硅锭表面的杂质进行冲洗；

S104、将分离后的碳化硅锭从水中取出进行静置，直至其干燥。

进一步的，所述水筛法还包括有以下步骤：

S105、使用风干装置对分离后的碳化硅锭进行风干处理，直至碳化硅锭表面的水分完全挥发。

进一步的，所述尺寸筛分包括有以下步骤：

S201、观测粗筛，利用扫描设备对碳化硅锭的外观尺寸进行批量扫描，筛分出尺寸合格的碳化硅锭；

S202、设备细筛，通过筛分设备对粗筛后的合格硅锭进行进一步的筛分。

进一步的，所述碳化硅锭分级包括有以下步骤：

S301、赋磁，在碳化硅锭上设置有具有磁力的水溶性磁力附加块；

S302、磁力分级，利用磁力对碳化硅锭进行吸附，完成对碳化硅锭的筛分，将碳化硅锭筛分为一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭；

S303、分级储存，对筛分后的一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭进行分批储存。

进一步的，所述附加块为粘附在碳化硅锭上的磁石，所述磁石为标签块，所述标签块上可记录碳化硅锭的具体信息。

进一步的，所述磁力分级又包括有以下步骤：

S30201、磁力源选取，根据一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭的密度选取一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源；

S30202、磁力分挑，将碳化硅锭依次从一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源的下方移动，让一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源依次对一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭进行分挑。

进一步的，所述质量检测包括有以下步骤：

S401、将二级硅锭放置在显微镜的载物台上，获取二级硅锭的晶面图，确定晶面图上微管和包裹体位置区域；

S402、启动紫外光源对二级硅锭的微管和包裹体位置区域进行照射，得到二级硅锭的透光波长；

S403、根据不同的区域对应的透光波长，比较所述透光波长与标准颜色波长阀值的大小判断微管密度或包裹体密度是否合格。

进一步的，所述显微镜设置有用于放置碳化硅锭的载物台，所述载物台的通光孔下方安装有紫外光源，所述载物台上方安装有扫描成像装置，所述扫描成像装置内安装有紫外接收装置。

进一步的，所述质量检测还包括对二级硅锭电阻率的检测，具体包括：

用冷光源照射二级硅锭的侧面，检测二级硅锭的透光波长，比较所述透光波长与标准颜色波长范围的大小，根据比较结果判断电阻率是否合格。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过在质量检测之前设置碳化硅锭分级，能够利用磁力快速地对碳化硅锭进行粗筛，将碳化较差的一级硅锭和三级硅锭挑出，然后再利用质量检测工序的紫外线对二级硅锭进行检测，完成细筛，有效的减少对碳化硅锭进行筛选的工作量，从而能够快速便捷的完成对碳化硅锭的筛选。

附图说明

图1为本发明的筛选流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

实施例：

请参阅图1所示，一种碳化硅磨抛成锭后便捷多级筛选方法，包括有以下步骤：

第一步、杂质筛分，通过水筛法对碳化硅锭和其余杂质进行筛分，筛选出干净的碳化硅锭；

水筛法包括有以下步骤：

1.将成形后掺杂有杂质的碳化硅锭放置进入水中，利用水的浮力使具有浮力的杂质浮于水面，与碳化硅锭分离；

2.利用超声波放射设备向水中放射超声波，对碳化硅锭进行超声波清洗，通过超声波是水中发生微弱且密集的震动，对碳化硅锭上的杂质进行震动冲洗，提升冲洗效果；

3.对水进行搅拌，利用水搅拌时形成的旋流对粘附在碳化硅锭表面的杂质进行冲洗；

4.将分离后的碳化硅锭从水中取出进行静置，直至其干燥。

在此，为了能够使从碳化硅锭上分离的杂质再次与碳化硅锭混合在一起，形成二次污染，水中设置有滤网，碳化硅锭通过滤网放置于水的中间位置，当杂质从碳化硅锭上分离后，会受到重力的影响自动下落，通过滤网下落至水底，即可完成杂质与水的分离。

同时，为了能够提升筛分杂质的过滤，水筛法还包括有以下步骤：

5.使用风干装置对分离后的碳化硅锭进行风干处理，使碳化硅锭表面的水能够快速挥发，直至碳化硅锭表面的水分完全挥发，经多次实验得知，风干温度优选为70℃～90℃，风干时长为40min～50min，在此范围内能够使碳化硅锭表面的水分快速挥发。

在此，风干装置可以为具有加热功能的风机，其通过对空气进行吹动，即可提升风的流速，提升对碳化硅锭表面的水分的风干效果，同时，通过对空气进行加热，提升空气的温度，能够在风干碳化硅锭的同时对碳化硅锭进行加热，利于热能对碳化硅锭表面的水分进行消除，进一步的提升对碳化硅锭的干燥效果。

第二步、尺寸筛分，对碳化硅锭的尺寸进行筛分，筛分出尺寸相同的合格硅锭和与合格硅锭相差较大的不合格硅锭；

在此，所述尺寸筛分包括有以下步骤：

A.观测粗筛，利用扫描设备对碳化硅锭的外观尺寸进行批量扫描，筛分出尺寸合格的碳化硅锭，以保证扫描的效率，所述扫描设备可以为扫描仪；

在此，合格硅锭的长、宽、高分别设定为a、b、h，所述不合格硅锭的长、宽、高分别为a±3mm、b±3mm、h±3mm；

所述扫描仪通过放射红外线对碳化硅锭进行扫描，并通过接受红外线的反馈信号来确定碳化硅锭的尺寸，然后和合格硅锭设定尺寸的长、宽、高进行对比，判断其和设定尺寸的误差是否大于3mm，若大于，则为不合格硅锭，若不大于，则为合格硅锭。

B.设备细筛，通过筛分设备对粗筛后的合格硅锭进行进一步的筛分，减小观测粗筛时出现的误差。

在此，所述筛分设备可以为一运输带和两个一筛板，其中一个所述筛板上开设有与碳化硅锭设定尺寸最大误差值相同的大筛孔，另一个所述筛板上开设有与碳化硅锭设定尺寸最小误差值相同的小筛孔，所述运输带用以带动硅锭朝筛板方向进行移动，若硅锭能够通过大筛孔，则表明其尺寸小于大筛孔，为合格，朝向小筛孔进行移动，若硅锭未通过大筛孔，则表明其尺寸大于大筛孔，为不合格；

若硅锭能够通过小筛孔，则表明其尺寸小于大筛孔，为不合格，若硅锭未通过小筛孔，则表明其尺寸大于小筛孔，为合格；

第三步、碳化硅锭分级，利用磁力和不同等级碳化硅锭之间的密度差将碳化硅锭筛分为一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭；

碳化硅形成的特点是不通过液相，其过程如下：约从1700℃开始，硅质原料由砂粒变为熔体，进而变为蒸汽(白烟)；SiO2熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔，渗入碳的颗粒，发生生成Sic的反应；温度升高至1700～1900℃时，生成b-SiC，即一级硅锭；温度进一步升高至1900～2000℃时，细小的b-Sic(一级硅锭)转变为a-SiC，即二级硅锭；a-Sic(二级硅锭)晶粒逐渐长大和密实；炉温上升至2500℃左右，SiC(二级硅锭)开始分解变为硅蒸汽和石墨，即为三级硅锭。

其中，二级硅锭的成分为完全碳化的碳化硅，碳化硅的密度为3.21g/cm

其中，一级硅锭的主要成分为完全碳化的碳化硅，但由于其未充分碳化，仍掺杂着部分未完全碳化的石英砂、石油焦和木屑，其中，石英砂的密度为2.65g/cm

其中，三级硅锭的主要成分为完全碳化的碳化硅，但由于其碳化较为严重，仍掺杂着部分碳化程度过大而出现的石墨，石墨的密度为2.09～2.33g/cm

由此，可利用碳化硅锭的密度差对其进行筛分；

碳化硅锭分级包括有以下步骤：

A.赋磁，在碳化硅锭上设置有具有磁力的水溶性磁力附加块；

在此，附加块为粘附在碳化硅锭上的磁石，磁石可以为标签块，标签块上可记录碳化硅锭的具体信息，用于显示碳化硅锭的具体信息。

同时，在水溶性磁力附加块使用完成后，可直接将其放置进入水中，让水溶性磁力附加块在水的作用下与碳化硅锭分离，从而能够较为简单的对水溶性磁力附加块进行拆除；

且，水溶性磁力附加块的材质可以为授权公众号为CN 105778020 B公开的一种水溶性铁磁纳米粒子的制备方法制造的水溶性铁磁纳米粒子。

B.磁力分级，利用磁力对碳化硅锭进行吸附，完成对碳化硅锭的筛分，将碳化硅锭筛分为一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭；

在此，磁力分级又包括有以下步骤：

①磁力源选取，根据一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭的密度选取一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源；

一级磁力源的磁力最小，仅能够对密度最小的一级硅锭进行吸附，完成对一级硅锭的分挑；

二级磁力源的磁力适中，能够对密度最小的一级硅锭和密度适中的二级硅锭进行吸附；

三级磁力源的磁力最大，能够对密度最小的一级硅锭、密度适中的二级硅锭、和密度最大的三级硅锭进行吸附。

②磁力分挑，将碳化硅锭依次从一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源的下方移动，让一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源依次对一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭进行分挑；

一级磁力源、二级磁力源和三级磁力源位于同一水平面，和碳化硅锭的间距相同，当碳化硅锭移动至一级磁力源的下方时，一级磁力源会对碳化硅锭进行吸附，其中，重量较小的一级硅锭会被一级磁力源吸附，完成对一级硅锭的分挑，当碳化硅锭移动至二级磁力源的下方时，二级磁力源会对碳化硅锭进行吸附，其中，重量适中的二级硅锭会被二级磁力源吸附，完成对二级硅锭的分挑，当碳化硅锭移动至三级磁力源的下方时，三级磁力源会对碳化硅锭进行吸附，其中，重量最大的三级硅锭会被三级磁力源吸附，完成对三级硅锭的分挑，从而完成对一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭的分挑。

C.分级储存，对筛分后的一级硅锭、二级硅锭和三级硅锭进行分批储存

在此，一级硅锭和三级硅锭均为初检不合格的碳化硅锭，需要进行回收再制造，二级硅锭为初检合格的碳化硅锭，可进行下一步的检测工序。

第四步、质量检测，利用紫外线观测二级硅锭的透光波长与标准颜色波长阈值，判断二级硅锭的微管密度或包裹体密度是否合格；

在此，质量检测包括有以下步骤：

一、将二级硅锭放置在显微镜的载物台上，获取二级硅锭的晶面图，确定晶面图上微管和包裹体位置区域；

二、启动紫外光源对二级硅锭的微管和包裹体位置区域进行照射，得到二级硅锭的透光波长；

三、根据不同的区域对应的透光波长，比较透光波长与标准颜色波长阀值的大小判断微管密度或包裹体密度是否合格；

其中，标准颜色波长是微管和包裹体密度均合格的标准二级硅锭用同一紫外光源照射后具有的透光颜色波长的范围；

其中，显微镜设置有用于放置碳化硅锭的载物台，载物台的通光孔下方安装有紫外光源，载物台上方安装有扫描成像装置，扫描成像装置内安装有紫外接收装置；当紫外光源放射紫外线后，紫外线会穿过碳化硅锭照射向紫外接收装置，通过紫外接收装置判断其波长，当透过波长为393～400nm时，则判定微管密度不合格；当透过波长为365～375nm时，则判定包裹体密度不合格；当透过波长大于375nm且小于393nm时，则判定微管和包裹体密度均合格；

微管密度合格的二级硅锭是指微管密度小于等于0.2根/cm2的二级硅锭；包裹体密度合格的二级硅锭是指包裹体单位面积占比小于20％的二级硅锭。

其中，质量检测还包括对二级硅锭电阻率的检测，具体包括：

用冷光源照射二级硅锭的侧面，检测二级硅锭的透光波长，比较透光波长与标准颜色波长范围的大小，根据比较结果判断电阻率是否合格；

在此，标准颜色波长范围是电阻率合格的标准二级硅锭用同一冷光源照射后具有的透光颜色波长的数值范围；

当透光波长为585～596nm时，判定电阻率合格；当透光波长小于575nm或大于等于598nm时，判定电阻率不合格；当透光波长大于等于575nm且小于585nm或等于597nm时，精密检测碳化硅晶锭的电阻率后再进行判定。

综上，本发明通过在质量检测之前设置碳化硅锭分级，能够利用磁力快速地对碳化硅锭进行粗筛，将碳化较差的一级硅锭和三级硅锭挑出，然后再利用质量检测工序的紫外线对二级硅锭进行检测，完成细筛，有效的减少对碳化硅锭进行筛选的工作量，从而能够快速便捷的完成对碳化硅锭的筛选。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。