[发明专利]一种集成电路用单晶硅多线切割稳定性控制方法

说明书

本发明提供一种集成电路用单晶硅多线切割稳定性控制方法。采用SiC颗粒和1,2‑丙二醇溶剂配制初始切割液对单晶硅进行切割，并通过在线监测切割液中碳化硅的中心粒径值R，根据切割力的变化规律在切割液中加入更大尺寸的SiC颗粒，同时，滤除小颗粒成分，以控制切割液的颗粒尺寸、比重和粘度，提高切割液的切割力以及在使用过程中的均一性，保持切割性能稳定，降低硅片的Warp、Bow值，改善硅片表面性质的稳定性，同时有效地利用切割液。

(一)技术领域

本发明涉及集成电路用单晶硅切割技术领域，尤其是涉及切割液随着切割过程的稳定性变化的控制方法。

(二)背景技术

随着全球电子信息产业的飞速发展，对硅片的需求也快速增长。切割硅棒是获取合格硅片的关键工序。切割的方法有很多种，目前基本上采用的是多线切割法。多线切割技术是20世纪90年代出现的一种新型的晶体材料切片技术，是指采用通过一根钢线来回缠绕几个导轮而形成的“钢丝线网”，单晶棒两侧的砂浆喷嘴将砂浆切割液喷在“钢丝线网”上，导轮的旋转驱动“钢丝线网”将砂浆带到单晶棒里，钢丝将研磨砂浆紧压在单晶棒的表面上进行研磨式的切割，单晶棒同时慢速地往下运动推过“钢丝线网”，经过几个小时的磨削切削加工，可使这根硅晶棒一刀一次被切割成许多相同厚度的硅片。多线切割具有生产效率高、切缝损耗小、表面损伤小、加工精度高等特点，更适合未来大直径薄片的切割加工。

研究表明，在线切割工艺稳定的情况下，切割液的性能是影响硅片切割效率及质量的关键因素之一。性能良好的切割液必须具有良好的分散性，使混有碳化硅的砂浆均匀稳定地分散碳化硅颗粒，在钢线的高速运动中，均匀稳定地作用于硅棒的表面，同时及时带走热量和杂质颗粒，减少热应力带来的损伤，提高硅片加工精度和质量。此外，切割液要有良好的润滑性，可在硅片表面形成保护膜，降低切割阻力，并保证切割出来的成品表面光滑。在线切割使用完毕后，附着在硅片上的切割液要容易清洗，以减少杂质等对硅片表面质量的影响。

现有技术的切割液成本高，因此线切割工艺中，要尽可能多次利用切割液。硅晶棒刚开始切割时，切割液的主要成分有两种，不含硅粉等杂质，所切割硅片的部位表面性质较好，但是随着切割过程的逐步进行，在一段时间内，SiC颗粒越来越小，切割液中混入的硅粉等杂质越来越多，对切割液的切削能力产生了不同程度的影响，导致切出来硅片的部位表面性质不断下降，使得同一片硅片在线切割完成后，不同部位厚度有所差异，影响了硅片表面总体质量的稳定性，使Warp、Bow的值偏大。为解决线切割过程中，切割性能随着切割而逐渐变差的问题，本发明提供一种线切割稳定性控制技术，通过调节切割液中颗粒粒径尺寸，并根据所切晶棒的尺寸，添加合适粒径的新切割液，搅拌使其完全混合均匀，从而提高切割液的分散悬浮能力，最终获得线切割液，使切割性能稳定。

(三)发明内容

在集成电路用单晶硅片的线切割工艺中，切割液的调配和使用方法是保持切割性能稳定性的关键。原因是切割过程中，碳化硅粒径逐渐变小，切割力下降。为了保证切割性的稳定性，提高切割液在使用过程中的均一性，使得切割出的硅片表面性质更稳定，Warp、Bow值更低，同时有效地利用切割液。本发明技术采用如下的方法：

一种集成电路用单晶硅多线切割稳定性控制方法，采用SiC颗粒和1,2-丙二醇溶剂配制初始切割液，记录比重ρ₀和粘度η₀；采用初始切割液进行单晶硅切割，在切割过程中在线监测切割液中碳化硅的中心粒径R，同时，滤除颗粒尺寸小于4.5μm的小颗粒成分；当R值下降8％时，加入SiC颗粒，提高切割力，从而保持切割性能稳定。

第一步，配制初始切割液。切割液由SiC颗粒和1,2-丙二醇溶剂构成。SiC颗粒的中心粒径R为8.0μm，记为R₀。所述切割液的制备方法为：在搅拌速度S₀为350rpm、搅拌温度为室温的条件下，向1,2-丙二醇溶剂中加入SiC颗粒，搅拌使其完全混合均匀，直至达到目标的粘度和比重。比重ρ：1.55g/mL，记为ρ₀；粘度η范围：1.6～1.9cps，记为η₀。