一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液及其制备方法

技术领域

本发明涉及碳化硅晶片加工技术领域，尤其涉及一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液。

背景技术

碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点，可应用于1200伏特以上的高压环境，因此在严苛环境中有着明显优势；同时，SiC晶体因其与外延层材料GaN具有高匹配的晶格常数和热膨胀系数及良好的热导率，是GaN基器件的理想衬底材料。近年来在5G通信技术、新能源汽车以及光电应用等推动之下，SiC市场一直保持着快速增长，成为目前综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。

但因SiC的硬度高、脆性大、化学稳定性好，导致加工困难，而SiC晶片处于产业链的上游，若无法实现SiC晶片的量产，将会制约着SiC的推广和应用，影响整个产业发展。

目前常用的加工工序为切片-倒角-粗磨-精磨-粗抛-精抛，各个厂家会根据自己加工尺寸、机台等不同选择不同的耗材。常用的粗磨液为碳化硼(360#)液体，配合铸铁盘循环使用，过程不断补偿新液保持速率恒定，铸铁盘需要定期修整保持平整度。在此工序中，存在以下问题：1)黑色的碳化硼液体对机台和环境造成污染，研磨废液和清洗废液需要专门的装置进行废液处理，增加额外的成本；2)铸铁盘的修整会影响使用效率；3)360#碳化硼产生的磨痕较深，加重了后道工序的压力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液，金刚石团聚磨料和丙三醇组成，配合有多边形沟槽的塑胶垫使用，可以替代传统的铸铁盘碳化硼粗磨工艺，是一种消耗少、环境友好的新型研磨材料。

本发明用于碳化硅晶片加工的粗磨液，由金刚石团聚磨料和丙三醇构成，其中金刚石团聚磨料的质量分数为0.5-2％。丙三醇具有保湿和维持粘度的作用，无需添加其他任何助剂，可以维持金刚石团聚磨料在丙三醇中的分散性。

优选的，所述金刚石团聚磨料的粒径为40～70μm。

优选的，所述金刚石团聚磨料是由金刚石微粉、分散剂、填料经无机粘合剂粘结组成的团聚体，其中金刚石微粉的质量百分比为40-60％，分散剂的质量百分比为0.1-3.5％，填料的质量百分比为8-40％，无机粘合剂的质量百分比为25-45％。

优选的，所述无机粘合剂为硅溶胶、铝溶胶、硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、黏土中的一种或两种。

优选的，所述金刚石微粉为单晶微粉、类多晶微粉或多晶微粉，粒径为6-12μm。

优选的，按比例将金刚石团聚磨料分散在丙三醇中，搅拌5～15min形成悬浮液，得到所述粗磨液。

优选的，所述粗磨液与研磨垫相结合，并对碳化硅晶片进行研磨使用。

优选的，所述研磨垫为具有三角形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形沟槽的塑胶垫。

优选的，所述研磨垫的沟槽为五边形、六边形或八边形。

本发明粗磨液研磨的作用机理为金刚石团聚磨料粗磨液铺展在塑胶垫上，铺展的程度是垫子沟槽里有研磨液，但是在机台转动过程却没有液体被甩出。研磨时，金刚石团聚磨料在多边形沟槽的边缘处形成瞬时局部镶嵌状态，在压力作用下对碳化硅晶片起到研磨去除作用，但因为整体磨料还处于游离状态，不会对晶片造成大的划伤，可以得到均匀细腻的表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)利用本发明低浓度的粗磨液即可达到比高浓度碳化硼粗磨液更好的效果，产生的废液少，对环境影响小；

2)本发明粗磨液的研磨稳定性高，且研磨过程中无需进行修盘；

3)利用本发明的粗磨液对氮化硅晶片进行研磨，得到的表面粗糙度低，可以减轻后道工序的压力，缩短研磨时间，整体提高工作效率并节约加工成本。

附图说明

图1为本发明金刚石团聚磨料的电镜照片；

图2为多边形塑胶垫的局部示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明提供的粗磨液作进一步说明。

实施例1

一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液，制备方法如下：

称取300g平均粒径为8.9μm的金刚石单晶微粉，30g聚羧酸氨盐分散剂、200g平均粒径为5.2μm的硅酸盐玻璃填料与220g硅溶胶混合并分散均匀，经球磨、造粒，组成平均粒径53.2μm的单晶金刚石团聚磨料。将金刚石团聚磨料按照丙三醇质量分数1％的比例分散在丙三醇中，搅拌10min形成悬浮液，得到单晶团聚金刚石粗磨液。

实施例2

一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液，制备方法如下：

称取300g平均粒径为8.6μm的金刚石类多晶微粉，30g聚羧酸钠盐分散剂、200g平均粒径为5.2μm的硅酸盐玻璃填料与220g硅溶胶混合并分散均匀，经球磨、造粒，组成平均粒径51.7μm的类多晶金刚石团聚磨料。将金刚石团聚磨料按照丙三醇质量分数1％的比例分散在丙三醇中，搅拌10min形成悬浮液，得到类多晶团聚金刚石粗磨液。

实施例3

一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液，制备方法如下：

称取300g平均粒径为7.4μm的金刚石多晶微粉，30g六偏磷酸钠分散剂、200g平均粒径为5.2μm的硅酸盐玻璃填料与220g硅溶胶混合并分散均匀，经球磨、造粒，组成平均粒径49.8μm的多晶金刚石团聚磨料。将金刚石团聚磨料按照丙三醇质量分数1％的比例分散在丙三醇中，搅拌10min形成悬浮液，得到多晶团聚金刚石粗磨液。

应用本发明实施例1-3制备的粗磨液和市售碳化硼研磨液(360#，20％浓度)对碳化硅晶片进行研磨实验，研磨机台为

表1

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。