[发明专利]半导体晶圆片切割刃料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多线切割领域，具体涉及一种半导体晶圆片切割刃料的制备方法。

背景技术

随着集成电路行业的快速发展，高品质半导体晶圆片的需求与日俱增。半导体硅晶圆的加工是集成电路制造中的重要环节，而有效的硅片切割技术是获得高面型精度和表面质量硅晶圆的基本保证。采用传统的金刚石内圆切割时，随着晶圆直径的不断增大，刀片的基体厚度、刃口厚度以及刀片张紧难度随之增加，切割时切口材料损耗和刀片磨耗增加、硅片质量下降，难以进行大直径晶片的切割。多线切割是切割大直径硅单晶棒非常有效的方法之一。近几年异军突起的多线切割机(MuIti-Wire Saw，简称线锯)以其极高的生产效率和出片率，在大直径硅片加工领域有逐渐取代内圆切割机的趋势，多线切割机的切割机理完全不同于内圆切片机，首先它是的金属线代替内圆刀片，将金属线缠绕在导线轮上，驱动导线轮和单晶棒作相对运动，砂浆磨削、冷却达到磨切晶片的目的。所切晶片与内圆切片工艺相比具有弯曲度小、翘曲度小、平行度好、总厚度公差(TTv)离散性小、刃口切割损耗小、表面损伤层浅、晶片表面粗糙度小等特性，被切割材料覆盖各类半导体材料，如硅、锗、铌酸锂、砷化镓、磷化铟、人造宝石、碳化硅等。经过近30年的完善和提高，多线切割机日渐成熟，目前的产品已经是第六或第七代。我国通过技术引进，多线切割技术的应用也越来越广泛。多线切割中使用的是一种具有流动性的混合研磨剂--砂浆，其作用非常重要，在切割过程中起主要作用。碳化硅微粉作为切割刃料在太阳能晶硅片和半导体晶圆片的生产领域有着广泛的应用，是晶硅片线切割生产过程中不可或缺的专用切割刃料或磨料。

半导体晶圆片切割刃料主要应用于半导体材料的切割，是半导体晶圆片线切割生产过程中不可或缺的专用材料。国内目前半导体晶圆片切割刃料参差不齐，与国外的同类产品相比，存在纯度较低、粒度不均、切割效率差等缺点。国内的企业生产设备落后老化，粉碎效果差，粒度分布过宽，产品缺乏市场竞争力。近几年，我国刃料生产技术取得一些进步，主要生产应用于太阳能晶硅片的晶硅片切割刃料。由于用于半导体的硅材料纯度一般在六个9以上，价格昂贵，所以对切割刃料的要求较高，一般的工艺难以生产该类产品。目前刃料主要有以下几种生产方式：气流磨粉碎的生产工艺，生产出的产品等积形较多达到90％以上，产率也较高，但气流磨的总体产量低，产出的颗粒形状较圆，锋利度较差，而且存在隐性裂纹，不利于切割；现有技术中也有采用雷蒙磨进行粉碎的，雷蒙磨虽然产量高，但是产率低，产出的产品等积形较少，占50％左右，且针状、片状等形状颗粒较多，切割效率差，不耐磨；现有技术中还有采用传统湿法球磨机进行粉碎的，其产品颗粒中虽然等积形多，锋利度好，但产量低，产率低，过粉碎严重；此外，现有一些刃料制备工艺还存在酸洗时间过长，耗水量多等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高产率、低能耗的半导体晶圆片切割刃料制备方法，其制得的刃料粒度集中、等积形多、锋利度好、清洁度高，与切削液的适配性强、切割能力强以及切得的晶圆片的TTV较低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种晶硅片切割刃料的制备方法，包括以下步骤，

(1)原料破碎选取纯度≥99％的绿碳化硅块料和黑碳化硅块料按照16～25∶1的质量比混合，进行颚式破碎并过筛，收集粒度≤3mm的碳化硅粒度砂；

(2)湿法球磨研磨、溢流分级对上述碳化硅粒度砂进行湿法球磨研磨，并进行溢流分级，得到所需粒度范围的料浆；

(3)酸洗脱水在酸洗池中引入上述碳化硅粉体料浆，调节其质量浓度至16～34％，再按所引入浆料中粉体质量的5％～10％加酸，搅拌反应4～10小时后脱酸以去除金属离子，再进行脱水；

(4)颗粒表面清洗采用电导率≤10us/cm的纯水对脱水料进行造浆、搅拌、清洗，以进一步去除颗粒表面的金属离子杂质；

(5)溢流分级将酸洗后的料浆引入溢流分级装置，根据不同的粒度分级要求，调节料浆浓度，进行水力溢流分级，分级采用水为电导率≤10us/cm的纯水；

(6)浓缩脱水对分级后的料浆进行浓缩脱水处理，使所得粉料的含水率≤8％；

(7)烘干将浓缩脱水后的粉料进行烘干干燥，使其含水率＜0.05％；可使用隧道式烘干设备或微波干燥设备等不引入杂质的常用干燥设备进行烘干；

(8)混配将烘干后的同一粒度段的不同批次的粉料送入干混机干混0.5～2小时；

(9)精筛以超声波振动筛精筛上步所得粉料，去除结团和大颗粒杂质后即得半导体晶圆片切割刃料。