一种切割锗初始晶片的方法与流程

1.本技术涉及晶片切割的技术领域，更具体地说，它涉及一种切割锗初始晶片的方法。


背景技术：

2.锗单晶是重要的半导体材料，其在太阳能电池中应用广泛。锗单晶通常以锗晶片的形式作为衬底片应用于太阳能电池中。高纯多晶锗经过单晶生长技术后得到锗单晶棒，需要对锗晶棒进行切割，从而得到锗单晶片。
3.目前单晶片常用采用多线切割的方式。多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。多线切割采用的仪器为多线切割机，多线切割机包括料板、工作台、切割线、切割液、砂浆喷淋装置等，料板上粘接有待切割晶棒，料板进给工作台；切割液位于砂浆喷淋装置内，通过砂浆喷淋装置喷淋，使得切割线上负载有切割液。负载有切割液的切割线往复运动，从而将晶棒切割为晶片。多线切割方式可以同时切割多个单晶棒，从而提高工作效率。并且多线切割得到的切片质量较好、成本较低，使得多线切割的应用越来越广泛。
4.然而，申请人发现，多线切割的方式切割得到的晶片的表面损伤层深度较大，从而使得将切割得到的锗晶片在后续的表面加工中需要较多的去除量，降低了单晶的利用率，增加了成本。因此，开发一种能够降低锗晶片损伤层深度，提高锗晶片表面质量的切割锗初始晶片的方法迫在眉睫。


技术实现要素：

5.为了降低锗初始晶片损伤层深度，提高锗初始晶片质量，本技术提供一种切割锗初始晶片的方法，采用如下技术方案：一种切割锗初始晶片的方法，包括以下步骤：步骤s1：将直径不超过6英寸的待切割锗晶棒粘接于多线切割机的料板上；步骤s2：用多线切割机对锗晶棒进行切割，多线切割机中的切割线上负载有切割液，所述切割液由重量比为1:(0.9-1.2)的固体颗粒与聚乙二醇混合而成，所述固体颗粒为重量比为1:（0.2-0.5）的丙烯酸改性碳化硅微粉、氧化铝微粉的混合物，所述丙烯酸改性碳化硅微粉通过丙烯酸于碳化硅微粉表面接枝改性制备得到，接枝率为5-15%；步骤s3：将切割后的割锗初始晶片放置于清洗液中超声15-20min，烘干，得到锗晶片，所述清洗液为ph为9-11的三乙胺与氢氧化钠的碱液，三乙胺的浓度为1-2mol/l。
6.通过采用上述技术方案，使得切割后得到的锗晶片的晶片质量较高，总厚度变化范围为8.124-11.258μm；翘曲度范围为9.134-15.342μm；损伤层厚度较低，范围为3.120-4.113μm；通过各步骤之间的相互协同作用、切割液中各原料之间的相互协同作用，提高了切割后锗晶片的晶片质量，符合市场需求。
7.申请人发现，碳化硅微粉比表面积较大，容易发生团聚现象，因此，通过丙烯酸对碳化硅微粉表面进行接枝改性，丙烯酸与聚乙二醇之间产生相互作用，提高了碳化硅微粉的分散性，减少了碳化硅微粉团聚现象的发生，从而使得切割线上负载的切割液分散性良好，能够提高晶片切割面的平整度，从而提高锗晶片的晶片质量，同时降低损伤层厚度；申请人发现，单独以碳化硅微粉作为固体颗粒时，切割液的耐用度较低，强度较低，通过向切割液原料中加入氧化铝微粉，进一步提高了切割液的耐用度、强度，同时进一步提高了切割液的散热性能，使得在切割过程中于锗晶片表面产生的大量的热量能够散出，从而减小高热对于锗晶片质量的影响，有助于提高锗晶片的晶片质量，降低表面损伤层厚度。
8.在本技术中，通过将切割后的锗初始晶片在清洗液中超声，有助于减少锗晶片表面附着的切割液、胶粘剂，并且，清洗液中添加了三乙胺，三乙胺能够与金属离子络合，有助于锗晶片表面金属杂质的进一步去除，从而进一步提高锗晶片的晶片质量。
9.此外，当各物质之间的配比、接枝率、操作条件分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
10.可选的，所述切割液的粘度为1000-1200mpa.s。
11.通过采用上述技术方案，使得切割液能够附着于切割线上，同时不影响切割线的高速运动，有助于提高切割后锗晶片的晶片质量，降低损伤层厚度，当切割液的粘度过小时，切割液附着于切割线上的量较少，切割液粘度过大时，影响切割线的高速运动，容易产生断线现象。
12.可选的，所述丙烯酸改性碳化硅微粉包括40-100wt%粒度为0.4-0.6μm的丙烯酸改性碳化硅微粉及0-60wt%粒度为2-4μm的丙烯酸改性碳化硅微粉。
13.通过采用上述技术方案，粒度为0.4-0.6μm的丙烯酸改性碳化硅微粉及粒度为2-4μm的丙烯酸改性碳化硅微粉复配，有助于提高切割后锗晶片的晶片质量，降低损伤层厚度。粒度较小的丙烯酸改性碳化硅微粉含量过高，容易使丙烯酸改性碳化硅微粉产生团聚现象，其含量过低，则不易填充粒度较大的丙烯酸改性碳化硅微粉颗粒之间的缝隙，从而导致切割后锗晶片的质量下降。
14.可选的，所述氧化铝微粉的粒度为0.2-10μm连续级配。
15.可选的，所述切割后的锗初始晶片的厚度为240-350微米。
16.通过采用上述技术方案，锗晶片的晶片质量较高，当锗初始晶片的晶片厚度过厚或者过薄时，锗晶片的损伤层厚度增加，并且锗晶片表面的总厚度变化及翘曲度升高。并且，当切割后锗初始晶片的厚度位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
17.可选的，切割速度为300-500m/min。
18.通过采用上述技术方案，能够得到晶片质量较高的锗晶片。并且，当切割速度位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
19.可选的，料板进给工作台的速度为0.1-0.5mm/min。
20.通过采用上述技术方案，能够得到晶片质量较高的锗晶片。并且，当料板进给工作台的速度位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
21.可选的，所述丙烯酸改性碳化硅微粉包括以下重量份的原料：碳化硅微粉50-60份、丙烯酸65-80份、甲苯280-300份。
22.通过采用上述技术方案，丙烯酸改性碳化硅微粉的原料简单、易得、便宜，且当各原料含量在上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
23.可选的，所述丙烯酸改性碳化硅微粉采用以下方法制备得到：将碳化硅微粉进行干燥，将其加入甲苯总量的40-50%中，再加入丙烯酸，升温至60-70℃，通入惰性气体，超声25-30min，过滤，用剩余量的甲苯洗涤滤渣，干燥，得到丙烯酸改性碳化硅微粉。
24.通过采用上述技术方案，制备方法简单、便于操作，并且当操作条件位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
25.可选的，以重量份计，所述丙烯酸改性碳化硅微粉的原料中还包括8-11份氨基硅烷偶联剂，并且在丙烯酸改性碳化硅微粉的制备过程中，在加入丙烯酸之前，先向碳化硅微粉、甲苯混合体系中加入氨基硅烷偶联剂，然后超声15-20min。
26.通过采用上述技术方案，氨基硅烷偶联剂能够同时与碳化硅微粉和丙烯酸之间相互作用，从而能够增强丙烯酸与碳化硅之间的相互作用力，有助于提高接枝率，进一步提高切割后锗晶片的晶片质量。并且，当氨基硅烷偶联剂的含量、超声时间分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
27.综上所述，本技术至少具有以下有益效果：第一、通过采用丙烯酸改性碳化硅微粉、氧化铝微粉混合物，并且将切割后得到的锗初始晶片在清洗液中超声，使得锗晶片的损伤层厚度低至4.113μm，总厚度变化低至11.258μm，翘曲度低至15.342μm；第二、通过向丙烯酸改性碳化硅微粉的原料中加入氨基硅烷偶联剂，使得切割后锗晶片的质量进一步提高，锗晶片的损伤层厚度降低至3.451μm，总厚度变化降低至8.314μm，翘曲度降低至9.354μm。
具体实施方式
28.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
29.原料氨基硅烷偶联剂型号为kh-1121，且选自南京轩浩新材料科技有限公司；聚乙二醇为peg-400，且选自济南泉胜化工有限责任公司。
30.制备例i制备例i-1一种丙烯酸改性碳化硅微粉，其采用以下方法制备得到：将50kg碳化硅微粉放置于真空干燥箱中干燥30min，然后将碳化硅微粉取出，并向碳化硅微粉中加入120kg甲苯，搅拌至混合均匀；然后加入65kg丙烯酸，升温至65℃，通入氮气，超声30min，过滤；然后将滤渣中加入至60kg甲苯中，搅拌3min，过滤；将滤渣加入于60kg甲苯中，搅拌3min，过滤；再将滤渣加入于60kg甲苯中，搅拌3min，过滤，干燥滤渣，得到丙烯酸改性碳化硅微粉，丙烯酸改性碳化硅微粉的接枝率为5%。
31.制备例i-2一种丙烯酸改性碳化硅微粉，其采用以下方法制备得到：将50kg碳化硅微粉放置于真空干燥箱中干燥30min，然后将碳化硅微粉取出，并向碳化硅微粉中加入120kg甲苯，搅拌至混合均匀；加入9kg氨基硅烷偶联剂，氨基硅烷偶联剂
型号为kh-1121，超声20min；然后加入65kg丙烯酸，升温至65℃，通入氮气，超声30min，过滤；然后将滤渣加入至60kg甲苯中，搅拌3min，过滤；将滤渣加入于60kg甲苯中，搅拌3min，过滤；再将滤渣加入于60kg甲苯中，搅拌3min，过滤，干燥滤渣，得到丙烯酸改性碳化硅微粉，丙烯酸改性碳化硅微粉的接枝率为15%。
32.制备例ii制备例ii-1一种切割液，其采用以下方法制备得到：将10kg由制备例i-1制备得到的丙烯酸改性碳化硅微粉、3kg氧化铝微粉加入11.7kg聚乙二醇中，搅拌至混合均匀，超声15min，得到切割液，切割液的粘度为1000mpa.s；其中，丙烯酸改性碳化硅微粉包括40wt%粒度为0.4-0.6μm的丙烯酸改性碳化硅微粉及60wt%粒度为2-4μm的丙烯酸改性碳化硅微粉；氧化铝微粉的粒度为0.2-10μm连续级配。
33.制备例ii-2一种切割液，其和制备例ii-1的区别之处在于，丙烯酸改性碳化硅微粉由制备例i-2制备得到，其余均和制备例ii-1相同。
34.制备例ii-3一种切割液，其和制备例ii-2的区别之处在于，切割液的粘度为1200mpa.s，其余均和制备例ii-2相同。
35.制备例ii-4一种切割液，其和制备例ii-3的区别之处在于，切割液的粘度为800mpa.s，其余均和制备例ii-3相同。
36.制备例ii-5一种切割液，其和制备例ii-3的区别之处在于，丙烯酸改性碳化硅微粉的粒度为0.4-0.6μm的连续级配，其余均和制备例ii-3相同。
37.制备例ii-6一种切割液，其和制备例ii-3的区别之处在于，丙烯酸改性碳化硅微粉包括30wt%粒度为0.4-0.6μm的丙烯酸改性碳化硅微粉及70wt%粒度为2-4μm的丙烯酸改性碳化硅微粉，其余均和制备例ii-3相同。
38.制备例ii-7一种切割液，其和制备例ii-3的区别之处在于，聚乙二醇的添加量为15.6kg，其余均和制备例ii-3相同。
39.制备例iii制备例iii-1一种清洗液，其采用以下方法制备得到：将1010g三乙胺溶于10l水中，然后用32wt%氢氧化钠溶液调节ph至9，得到清洗液。
40.制备例iii-2一种清洗液，其和制备例iii-1的区别之处在于，清洗液的ph为11，其余均和制备例iii-1相同。
实施例
41.实施例1一种切割锗初始晶片的方法，包括以下步骤：步骤s1：将直径为6英寸的待切割锗晶棒粘接于多线切割机的料板上；步骤s2：调整工作台的高度，将工作台下降至切割线上方2mm处，用多线切割机对锗晶棒进行切割，多线切割机设定参数为：切割速度为300m/min；料板进给工作台的速度为0.1mm/min；多线切割机中的切割线上负载有切割液，切割液由制备例ii-1制备得到；步骤s3：将切割后的锗初始晶片放置于清洗液中超声15min，烘干，清洗液由制备例iii-1制备得到，切割后的锗初始晶片厚度为240微米。
42.实施例2一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例1的区别之处在于，切割液由制备例ii-2制备得到，其余均和实施例1相同。
43.实施例3一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例2的区别之处在于，切割液由制备例ii-3制备得到，其余均和实施例2相同。
44.实施例4一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，切割液由制备例ii-4制备得到，其余均和实施例3相同。
45.实施例5一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，切割液由制备例ii-5制备得到，其余均和实施例3相同。
46.实施例6一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，切割液由制备例ii-6制备得到，其余均和实施例3相同。
47.实施例7一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，切割液由制备例ii-7制备得到，其余均和实施例3相同。
48.实施例8一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，清洗液由制备例iii-2制备得到，其余均和实施例3相同。
49.实施例9一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例3的区别之处在于，切割后的锗初始晶片厚度为350微米，其余均和实施例3相同。
50.实施例10一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例9的区别之处在于，切割后的锗初始晶片厚度为200微米，其余均和实施例9相同。
51.对比例对比例1一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例1的区别之处在于，以等量的碳化硅微粉
替换丙烯酸改性碳化硅微粉，其余均和实施例1相同。
52.对比例2一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例1的区别之处在于，以等量的丙烯酸改性碳化硅微粉替换氧化铝微粉，其余均和实施例1相同。
53.对比例3一种切割锗初始晶片的方法，其和实施例1的区别之处在于，清洗液中未加入三乙胺，其余均和实施例1相同。
54.性能检测试验将经过实施例1-10、对比例1-3中的切割锗初始晶片的方法切割后得到的锗晶片进行以下性能检测：用扫瞄式电子显微镜观测上述13种锗晶片的损伤层厚度；用半自动晶圆厚度测量系统检测上述13种锗晶片的总厚度变化（ttv）、翘曲度（warp），检测结果如表1所示。
55.表1 检测结果检测项目损伤层厚度/μmttv/μmwarp/μm实施例14.11311.25815.342实施例23.3518.31413.354实施例33.2159.54310.642实施例43.98710.62114.684实施例53.75410.45811.345实施例64.1599.31212.971实施例73.4838.86410.684实施例83.3209.13913.151实施例93.12011.12412.134实施例103.88910.14211.145对比例16.11320.57928.647对比例25.42625.72633.521对比例34.75522.27930.064从表1可以看出，通过本技术的切割锗初始晶片的方法能够降低切割后的锗晶片损伤层厚度，同时使得锗晶片具有较高的晶片质量。其中，锗晶片的损伤层厚度范围为3.120-4.113μm，均在5μm以下；锗晶片的总厚度变化范围为8.124-11.258μm；锗晶片的翘曲度范围为9.134-15.342μm。本技术中，通过切割液中各原料之间相互协同、各步骤之间的相互协同，显著提高了切割后的锗晶片的晶片质量，同时显著降低了其损伤层厚度，符合市场需求。
56.将对比例1和实施例1进行对比，实施例1中切割得到的锗晶片的损伤层厚度为4.113μm，总厚度变化为11.258μm，翘曲度为15.342μm；对比例1中切割后得到的锗晶片的损伤层厚度为6.113μm，总厚度变化为20.579μm，翘曲度为28.647μm。相比于实施例1，对比例1中的切割锗初始晶片的方法中，切割液中的碳化硅微粉未进行改性。通过对比可以看出，采用未改性的碳化硅微粉，使得锗晶片的损伤层厚度增加，并且锗晶片的晶片质量下降。以丙
烯酸对碳化硅微粉进行改性，能够提高其分散性，减少碳化硅微粉的团聚现象的发生，从而提高了切割后锗晶片的晶片质量，并且有助于降低锗晶片的损伤层厚度。
57.将对比例2和实施例1进行对比，实施例1中切割后得到的锗晶片的损伤层厚度为4.113μm，总厚度变化为11.258μm，翘曲度为15.342μm；对比例2中切割后得到的锗晶片的损伤层厚度为5.426μm，总厚度变化为25.726μm，翘曲度为33.521μm。相比于实施例1，对比例2中的切割锗初始晶片的方法中，以等量的丙烯酸改性碳化硅微粉替换氧化铝微粉，使得切割后的锗晶片的损伤层厚度增加，锗晶片的晶片质量下降。氧化铝微粉的加入能够提高切割液的导热性能，有助于切割锗晶片过程中产生的热量的散发，从而能够提高切割后锗晶片的晶片质量，降低锗晶片表面的总厚度变化及翘曲度，降低锗晶片的损伤层厚度。
58.将对比例3和实施例1进行对比，实施例1中切割得到的锗晶片的损伤层厚度为4.113μm，总厚度变化为11.258μm，翘曲度为15.342μm；对比例3中切割后得到的锗晶片的损伤层厚度为4.755μm，总厚度变化为22.279μm，翘曲度为30.064μm。相比于实施例1，对比例3中的切割锗初始晶片的方法中，清洗液中未加入三乙胺，使得切割后的锗晶片的晶片质量下降，损伤层厚度增加。三乙胺能够与锗晶片表面附着的金属离子络合，从而减少锗晶片表面杂质，减少金属杂质对锗晶片的损伤，从而有助于提高锗晶片的晶片质量，同时降低其损伤层厚度。
59.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。