CN100363477C - 半导体硅材料水基切削液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于硅晶片和其它化合物半导体材料晶块切削的碱性半导体硅材料水基切削液，主要由聚乙二醇、pH值调节剂、螯合剂组成，其组分及生产浓度质量份数为：分子量200-1000聚乙二醇30-90，pH值调节剂9-30，螯合剂1-10，去离子水余量。有益效果：将现有中性切削液改进为具有化学劈裂作用和与硅发生化学反应的碱性切削液，使切片中单一的机械作用转变为均匀稳定的化学机械作用，有效地解决了切片工艺中的应力问题而降低损伤，减少了硅片表面微裂与破碎。使后续加工去除量少，既提高了切片效率与成品率，有效地解决了切屑和切粒粉末的再沉积的问题，避免了硅片表面的化学键合吸附现象。

Description

半导体硅材料水基切削液
技术领域
本发明属于切削液，尤其涉及一种用于单晶硅、多晶硅半导体材料的晶块内圆切削的高效碱性半导体硅材料水基切削液。
背景技术
使用内圆切割刀片切削单晶硅、多晶硅和其它化合物半导体材料的晶块工件时，一般广泛采用中性切削液对刀片和工件之间进行润滑，降温、减小摩擦热和洗去切削屑。有些切削液添加防锈剂用于防止设备和刀片生锈。切割半导体晶块主要靠高速旋转刀片的强机械作用。这种加工方式造成切片截面刀痕粗糙，破碎层、损伤层深，残余应力大，碎片、崩边、断根等问题严重，损伤层深达30-60微米，增大了后步研磨、抛光等工序加工量，既浪费材料又降低了加工效率和成品率。由于切屑和新切断面表面能的作用，切屑和表面会产生强烈的吸附作用，切屑不易剥离而被切削液带走，同时还阻碍了切削速度。另外，由于切削工具及环境因素，会产生以铁离子为主的金属离子污染，金属离子会附着在切片表面并渗入晶片内部，造成金属污染，严重影响超大规模集成电路制造后道工序的质量。业内技术人员亟待开发出一种无金属离子污染、提高切割出片率和成品合格率的切削液。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种化学作用强、防锈、易清洗、散热效果好、无金属离子污染，在化学及机械同时作用下对晶片进行切割的半导体硅材料水基切削液。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种半导体硅材料水基切削液，其特征是：主要由聚乙二醇、pH值调节剂、螯合剂组成，其组分及生产浓度质量份数为：
聚乙二醇(分子量200-1000)    30-90，
pH值调节剂                  9-30，
螯合剂                      1-10，
去离子水                    余量。
所述pH值调节剂是多羟多胺类有机碱，如羟乙基乙二胺、三乙醇胺。
所述螯合剂具有13个以上螯合环、无金属离子且溶于水的乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)FA/O鳌合剂。
本发明的有益效果：将现有中性切削液改进为具有化学劈裂作用和与硅发生化学反应的碱性切削液，使切片中单一的机械作用转变为均匀稳定的化学机械作用，从而有效地解决了切片工艺中的应力问题而降低损伤。同时碱性切削液能避免设备的酸腐蚀和提高刀片寿命。有效地解决了切屑和切粒粉末的再沉积的问题，避免了硅片表面的化学键合吸附现象，而便于硅片的清洗和后续加工。消除了金属离子尤其是铁离子污染。所得切片的表面损伤、机械应力、热应力明显降低。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
一种半导体硅材料水基切削液，主要由聚乙二醇、pH值调节剂、螯合剂组成，其组分及生产浓度质量份数为：
聚乙二醇(分子量200-1000)    30-90
pH值调节剂                  9-30
螯合剂                      1-10
去离子水                   余量。
所述pH值调节剂是羟乙基乙二胺、三乙醇胺等多羟多胺类有机碱。
所述螯合剂是具有13个以上螯合环、无金属离子且溶于水的乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)FA/O鳌合剂。
聚乙二醇可以吸附于固体颗粒表面而产生足够高的位垒和电垒，不仅阻碍切屑颗粒在新表面的吸附，同时可以在晶块受刀具机械力作用出现裂纹时，能渗入到微细裂纹中去，定向排列于微细裂纹表面而形成化学能的劈裂作用，切削液继续沿裂缝向深处扩展而有利于切割效率的提高。
所述pH值调节剂胺碱是一种有机碱，使切削液呈碱性，可与硅发生化学反应，如式：Si+2OH-+H2O→SiO3 2-+2H2↑，胺碱产生的氢氧根离子与硅反应，均匀地作用于硅片的被加工表面，可使硅片剩余损伤层小，减小了后面工序加工量，有利于降低生产成本。碱性切削液对金属有钝化作用，避免切削液腐蚀设备和刀片，提高刀片寿命。具有13个以上螯合环、无金属离子且溶于水的鳌合剂FA/O为河北工业大学多年研制并已在半导体加工行业普遍使用的产品，具有优良的去除金属离子的性能，尤其是可以明显去除刀片产生的铁离子。去离子水为最主要溶剂。
实施例1：配制1000g生产浓度的切削液，本实施例的聚乙二醇为低分子量，所得切削液适用于半导体材料的切割。
取聚乙二醇(PEG200)900g，胺碱---羟乙基乙二胺90g，螯合剂-FA/O10g，余量为去离子水。
在连续搅拌下的聚乙二醇(PEG200)中，将上述量值羟乙基乙二胺和螯合剂FA/O缓慢依次加入，搅拌至均匀得1000g生产浓度的切削液。在生产使用时与去离子水按1∶20的重量百分比配置使用。
实施例2：配制1000g切削液
取呈膏状的聚乙二醇(PEG600)500g，胺碱-三乙醇胺300g，螯合剂-FA/O 100g，余量为去离子水。
40-60℃温度下，在连续搅拌下，将膏状的聚乙二醇(PEG600)溶解在去离子水中，并在连续搅拌中缓慢依次加入上述量值的三乙醇胺和螯合剂FA/O，搅拌至均匀得1000g切削液。
本实施例的聚乙二醇仍为低分子量，所得切削液适用于半导体材料的切割。生产使用时与去离子水按1∶15的重量百分比配置使用。
实施例3：配制1000g切削液
取固态的聚乙二醇(PEG1000)300g，胺碱-三乙醇胺200g，螯合剂-FA/O 50g，余量为去离子水。
由去离子水溶解固态聚乙二醇(PEG1000)，在连续搅拌下缓慢依次加入上述量值的三乙醇胺和螯合剂FA/O，搅拌至均匀得1000g切削液。
本实施例的聚乙二醇为高分子量，所得切削液除适用于半导体材料的切割外，也适用于高硬度材料的切割，如钻石。在生产使用时与去离子水按1∶10的重量百分比配置使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种半导体硅材料水基切削液，其特征是：主要由聚乙二醇、pH值调节剂、螯合剂组成，其组分及生产浓度质量份数为：
分子量200-1000聚乙二醇                      30-90
多羟多胺类有机碱pH值调节剂                  9-30
乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)FA/O螯合剂    1-10
去离子水                                    余量。
2.根据权利要求1所述的半导体硅材料水基切削液，其特征是：所述pH值调节剂为四羟乙基乙二胺或三乙醇胺。
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