一种水性半导体晶圆切割液及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体晶圆技术领域，具体涉及一种水性半导体晶圆切割液。


背景技术：

2.在半导体芯片制造过程中，半导体晶圆切割是必不可少的一道工艺步骤。通常在半导体晶圆上有序的排列着成百上千个微小芯片，为了将制造出的芯片分开进行下一步的加工制造，需要使切割刀具沿着半导体晶圆上的切割道将其分割成独立的芯片。
3.在半导体晶圆切割过程中，由于强机械力的作用，半导体晶圆边缘容易出现不同程度的损伤，是半导体晶圆和芯片易破裂的重要因素。同时，切割过程中产生的残渣颗粒会粘附在晶圆表面和侧壁上，在后续的清洗工艺很难完全清除干净，也会给产品的质量带来一定影响。为了减少切割后半导体晶圆的表面损伤，提升芯片的洁净度，整个切割工艺需要在切割液的环境中来完成。
4.cn101649244b公开了一种晶圆切割液，由纯净水、甘油及硅酸盐按一定比例配比而成。该专利虽然可以在一定程度上减少对晶片表面的污染，但其溶液为碱性且含有无机盐，对晶圆表面线路产生了腐蚀。
5.cn107603693a公开了一种半导体晶圆切割液，包括聚乙二醇、螯合剂、分散剂、渗透剂和表面活性剂。该发明可以降低半导体晶圆的机械损伤，提高切割良率，但是切割工作中泡沫太大，在快速切割过程中无法应用。
6.cn112708500a公开了一种晶圆切割液，包括低聚皂化合物、天然植物提取物、润湿剂、分散剂、氨基酸类化合物、增溶剂、酸碱调节剂、超纯水，还包括抑菌剂。该专利虽然效果良好，但是使用成本较高，切割液使用寿命较短，容易腐败发臭，不适合一般作业情况。
7.上述公开的切割液有着各自的优良性能，但也存在一定的使用缺陷。因此，研究和开发一种润滑性、悬浮性好，对晶圆腐蚀小，能兼顾快速切割和易冲洗的半导体晶圆切割液具有重要意义，也是提升晶圆切割良率的有效手段。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种水性半导体晶圆切割液及其制备方法，解决半导体晶圆切割过程中晶圆机械损伤、硅粉残留、以及表面腐蚀的问题，极大地提高了半导体晶圆的切割良率。
9.本发明提供了一种水性半导体晶圆切割液，其特征在于：所述切割液的组分及其质量分数如下：
[0010][0011]
余量为去离子水；
[0012]
该溶液呈中性。
[0013]
优选的，所述聚乙二醇可选择peg400，peg600，peg800，peg1000中的一种或多种；
[0014]
进一步优选的，所述聚乙二醇为peg400。
[0015]
优选的，所述炔醇聚氧乙烯醚可选择涂易乐的fs
‑
640,fs
‑
660,fs
‑
680,fs
‑
683中的一种或多种。
[0016]
优选的，所述黄原胶选择美国kelco公司的黄原胶。
[0017]
优选的，所述消泡剂选择道康宁afe
‑
3168,1410,afe
‑
7610,1520,afe
‑
7600,afe
‑
1247中的一种或多种；
[0018]
进一步优选的，所述消泡剂选择道康宁afe
‑
3168。
[0019]
优选的，所述纳米添加剂为水溶性纳米添加剂；
[0020]
进一步优选的，所述纳米添加剂为水溶性纳米二氧化硅。
[0021]
进一步优选的，所述半导体晶圆切割液按质量百分比计包括以下各组分为：聚乙二醇50％、涂易乐(fs
‑
683)20％、黄原胶3.5％、道康宁(afe
‑
3168)0.5％、纳米二氧化硅0.5％、余量为去离子水28.2％。
[0022]
本发明还提供了所述水性半导体晶圆切割液的制备方法：先根据需要调配的半导体晶圆切割液质量来计算各组分原料用量，将黄原胶和去离子水按配比投入分散搅拌机中，搅拌机转速选择1000
‑
1200r/min，搅拌40min使分散剂完全溶解，然后将二分之一量的纳米添加剂加入并搅拌5min。把转速下调至400
‑
500r/min，依次按比例添加聚乙二醇、炔醇聚氧乙烯醚、消泡剂、剩余二分之一量的水溶性纳米二氧化硅，制成均一单相液体。
[0023]
本发明提供的半导体晶圆切割液有益效果：
[0024]
切割液中聚乙二醇有良好的润滑性和抗静电性能，可有效的保证刀片的使用寿命及晶圆的可靠性。炔醇聚氧乙烯醚可提高体系对各种基材的动态润湿能力，能有效的减小切割液的表面张力以及水和晶圆之间的界面张力，避免切割过程中晶圆产生崩边和裂纹，可以促进流动流平，既避免硅粉沉积又可增强溶液冷却效果。同时由于炔醇聚氧乙烯醚分子结构中亲油基是较小的碳链，并且含有碳碳三键，可提供非常好的润湿性和缓蚀性。水溶性纳米添加剂能够完全溶解到切割液中，易进入摩擦界面形成润滑膜，在半导体晶圆和切割刀具之间形成保护层，可有效地降低摩擦，在摩擦界面发生滚珠效应和填补摩擦产生的凹坑，降低半导体晶圆的表面损伤，切割面更为平滑。
[0025]
黄原胶起到分散脏污和稳定体系的作用，使切割完后的粉尘均匀的悬浮在切割液中，避免沉积在晶圆上。同时黄原胶的假塑性可以为切割液提供优良的加工性能，在高剪切
作用下溶液粘度急剧下降，当剪切力消除是则立即恢复原有的粘度，这种假塑性对稳定悬浮液极为有效，对实际应用中解决设备管道的堵塞问题极为有效。因此，在使用刀具切割晶圆时，只有切割处的切割液粘度下降，液体流动加快，可以快速将产生的杂质粉尘和热量带出，当硅粉被带出到切割位置外的粘度较大的切割液后，硅粉可以被稳定地悬浮在溶液中。黄原胶与炔醇聚氧乙烯醚的协同作用，可以有效避免硅粉聚集在晶圆表面，有利于后续清洗工作。黄原胶在高剪切作用力下其分子结构不发生改变，而很多水溶性高分子分散剂虽然有比较好的分散性，但是在高速切割过程中分子键会发生断裂且不可恢复，导致溶液分散性能下降，重复利用性不如黄原胶。此外，以黄原胶作为分散剂，相比与其他阴离子型分散剂，黄原胶不存在电离和水解，不会提高切割液的电导率，降低了晶圆腐蚀的风险。
[0026]
消泡剂可起到消泡作用，使切割液在工作过程中保持低泡状态，有利于快速切割。本发明产品不含有无机盐或离子型聚合物，溶液为中性，对刀具，机台和晶圆的腐蚀几乎可以忽略不计。以上物料按科学配比，将各自优势有效结合可达到非常高的切割良率。
附图说明
[0027]
图1是实施例11切割后晶圆表面100倍金相显微镜放大图
[0028]
图2是对比例1切割后晶圆表面100倍金相显微镜放大图
具体实施方式
[0029]
下面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作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。
[0030]
本发明提供一种半导体切割液，其按重量百分比计包括以下各组分：聚乙二醇45％～50％、炔醇聚氧乙烯醚15％～25％、黄原胶3％～5％、消泡剂0.2％～0.5％、纳米添加剂0.1％～1％、余量为去离子水。
[0031]
所述聚乙二醇可选择peg400，peg600，peg800，peg1000中的一种或多种，优选peg400。
[0032]
所述炔醇聚氧乙烯醚可选择涂易乐的fs
‑
640,fs
‑
660,fs
‑
680,fs
‑
683中的一种或多种。
[0033]
所述黄原胶选择美国kelco公司的黄原胶。
[0034]
所述消泡剂选择道康宁afe
‑
3168,1410,afe
‑
7610,1520,afe
‑
7600,afe
‑
1247中的一种或两种，优选afe
‑
3168。
[0035]
所述纳米添加剂为水溶性纳米添加剂，优选水溶性纳米二氧化硅。
[0036]
表1为实施例1
‑
11的切割液的组成成分及含量，实施例1
‑
11中的半导体晶圆切割液的制备方法为：
[0037]
先根据需要调配的半导体晶圆切割液质量来计算各组分原料用量，将去离子水加入到分散搅拌机中，开动搅拌，搅拌机转速选择为1000
‑
1200r/min；加入黄原胶，搅拌40分钟使分散剂完全溶解；然后将二分之一量的纳米添加剂加入并搅拌5min。把搅拌机转速下调至400
‑
500r/min，依次加入peg400、炔醇聚氧乙烯醚、afe
‑
3168、剩余二分之一量的纳米二氧化硅，制成均一单相液体即可得到半导体晶圆切割液。
[0038]
表1是实施例1
‑
11的切割液的组成成分及含量
[0039][0040]
对比例1
[0041][0042]
对比例1的制备方法为：先根据需要调配的半导体晶圆切割液质量来计算各组分原料用量，在去离子水中依次加入聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酸钠、柠檬酸、丙三醇，搅拌至均一单相液体即可。
[0043]
对比例2
[0044][0045]
对比例2的制备方法为：先根据需要调配的半导体晶圆切割液质量来计算各组分原料用量，在去离子水中依次加入聚乙二醇、异构醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠、柠檬酸、二甘醇，搅拌至均一单相液体即可。
[0046]
实施例1
‑
11和对比例1、对比例2制备的半导体晶圆切割液采用以下方法进行效果检测：以上半导体晶圆切割液均用于12英寸mos管晶圆切割，每片晶圆平均可以切成640个芯片，共投产5个批次。将实施例1
‑
11、对比例1、对比例2所制备的切割液和去离子水按1：30进行稀释，混合均匀后倒入切割设备储液槽，开启抽液泵进行切割。晶圆表面机械损伤情况体现在切割良率中，切割良率为统计计算所得；腐蚀性观察采用100倍金相显微镜进行观察。
[0047]
表2是实施例1
‑
11和对比例1、对比例2对比结果。
[0048][0049]
表2是实施例1
‑
11配制的半导体晶圆切割液与对比例1、对比例2的切割液性能对比试验数据。
[0050]
图1是实施例11切割后的晶圆，晶圆表面无腐蚀；图2为对比例2切割后的晶圆，晶圆pad出现明显腐蚀。从切割良率和腐蚀情况两个指标可以看出，本发明配制的半导体晶圆切割液可以有效提高晶圆的切割良率，降低切割导致晶圆机械损伤，本发明切割液对半导体晶圆表面不产生腐蚀现象。
[0051]
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合变更，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，根据本发明各个技术特征进行
的其他变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。