1.本发明涉及领域，尤其涉及方法。
背景技术：
2.碳化硅晶圆片，分子式为sic，硬度极高(莫氏硬度8.3～8.6)，并且耐高温、耐磨损、抗腐蚀、且无信号屏蔽，广泛应用于手机等3c电子领域。目前，碳化硅晶圆片加工成本较高。碳化硅晶圆片传统工艺为：双面研磨—精磨—粗抛—精抛共4步工艺，研磨时间较长，尤其是在粗磨段。目前行业内对碳化硅晶圆片粗磨大多使用磨床配合冷却液或者研磨垫配合棕刚玉磨料和冷却液，但磨床加工的产品振纹多，造成产品表面粗糙度ra值高；研磨垫配合棕刚玉磨料使用，对研磨垫的损耗高，缩短研磨垫使用寿命，造成加工成本高。综上所述，急需一种粗磨液以解决现有抛光技术抛光碳化硅晶圆片产品存在的表面粗糙度ra值高、加工成本高的问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于提供一种在碳化硅晶圆粗磨时可降低晶圆表面粗糙度，并降低加工成本的碳化硅晶圆粗磨液。
4.本发明的第二个目的在于提供一种所述碳化硅晶圆粗磨液的制备方法。
5.本发明的第三个目的在于提供一种所述碳化硅晶圆粗磨液的应用为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
6.一种碳化硅晶圆粗磨液，包括以下质量百分数的组分：金刚石粉末10％-2.0％、悬浮防沉剂0.3％-0.8％、分散稳定剂1％-5％、ph调节剂1％-10％、润湿剂0.3％-1％、螯合剂1％-4％，溶剂为水；
7.所述金刚石粉末粒径小于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％；并且
8.所述金刚石粉末粒径大于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％；并且
9.所述金刚石粉末粒径大于7.3um且小于10μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的3％，并且所述金刚石粉末粒径小于等于7.3um占金刚石粉末总量的97％。
10.本发明提供的碳化硅晶圆粗磨液在对碳化硅晶圆粗磨进行粗磨时，可大幅提高碳化硅晶圆粗磨时的粗磨效率。这是因为上述粗磨液中，金刚石粉末的粒径大于7.3um且小于10μm的金刚石粉末在粗磨时会作为能量传导介质。即，磨盘驱动大粒径的金刚石转动，大粒径金刚石驱动小粒径金刚石粉末颗粒旋转，进而对碳化硅晶圆进行剪切摩擦，从而提高粗磨效率。关键的，金刚石粉末的堆密度为1.40-1.45g/cm3时，才能达到最佳的研磨效率。
11.所述悬浮防沉剂包括硅酸镁锂、甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钠、羧丙基纤维素钠、黄原胶、果胶或植物胶的一种或多种。
12.所述分散稳定剂包括六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸四钠、聚乙二醇400或聚乙二醇
200中的一种或多种。
13.所述ph调节剂包括二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠和四甲基氢氧化铵中的一种或多种。
14.所述润湿剂包括丙二醇、丙三醇中的一种或两种。
15.所述螯合剂包括乙二胺、乙二胺四乙酸中的一种或两种。
16.一种所述碳化硅晶圆粗磨液的制备方法，包括如下步骤：
17.步骤1、向反应釜中加入子水，搅拌5 10min，再加入所述悬浮防沉剂，搅拌30 60min，制得悬浮体系；
18.步骤2、向反应釜中加入去离子水，在机械搅拌下，加入分散剂、润湿剂和螯合剂，搅拌至充分溶解后下料至所述悬浮体系中混合均匀，制得混合体系；
19.步骤3、向所述混合体系内加入所述金刚石粉末，机械搅拌40 60min，得到预混体系，再加入所述ph调节剂，调节预混体系的ph值至9 11，将预混体系转移至超声波发生器内，分散频率30 50khz，超声分散20 40min，制得粗磨液。
20.在所述步骤1和步骤2中的机械搅拌速率均为300 500rpm；
21.在所述步骤3中的机械搅拌速率为1200 1400rpm。
22.本发明所述制备方法中各组分的加入顺序很重要。具体理由如下：在步骤1中制备的悬浮体系，在机械搅拌下，向反应釜中加入去离子水，保持搅拌5 10min。此处搅拌的作用是添加助剂前使水形成搅拌状态，避免投入助剂时结块沉底。再加入所述悬浮防沉剂，机械搅拌30 60min后下料，静置12-24h，制得悬浮体系。所述悬浮防沉剂包括硅酸镁锂和/或硅酸镁钠。所述硅酸镁锂、硅酸镁钠属于凝胶颗粒，其晶体结构单元是厚度以纳米计的微小薄片，其薄片的表面布满了可交换的阳离子，其中主要为na
。当所述硅酸镁锂、硅酸镁钠凝胶颗粒与水混合时，水与na
接触被吸附到薄片的表面，将凝胶颗粒沿薄片撑开，这时凝胶颗粒迅速膨胀直至薄片分离。由于薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体结构，使所述悬浮体系粘度增大。在悬浮体系中硅酸镁锂和/或硅酸镁钠凝胶微粒实际上是被单层水分子隔开的多层单独的小片，微粒分离成单独小片的程度越高，胶体结构越坚固，粘度和屈服值越大，增稠效果也越明显。如果单独将硅酸镁锂或硅酸镁钠直接加入步骤2中由去离子水、分散剂、润湿剂和螯合剂组成的溶液中，或者步骤3中，会导致絮凝或低粘度结构，无法最大化的起到悬浮效果。而本发明通过步骤1使得所制备的悬浮体系具有很大的粘度，能够确保后续步骤加入的组分分散均匀，特别是步骤3中的金刚石粉末，进而本发明制备的粗磨液性能稳定，粗磨效率高。
23.所述粗磨液的粘度为2000 2800mpa
·
s，密度为1.174 1.275g/cm3。
24.一种所述碳化硅晶圆粗磨液的应用，应用于碳化硅晶圆粗磨。
25.相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：
26.1.本发明中在粗磨液中加入悬浮防沉剂，能够确保金刚石粉末优良的悬浮稳定性，粗磨液中其他各组分制得的粗磨液分散性好且性能稳定，粗磨产品的ttv(total thickness varation总厚度差)小，且粗磨效率较高，整个体系对磨机铸铁盘有着良好的防锈效果。
27.2.本发明提供的所述粗磨液配合16b磨机和铸铁盘加工碳化硅晶圆片，在工艺方
面避开了研磨垫和磨床工艺，对碳化硅晶圆片的切削速率达到2μm/min，表面粗糙度为15.35nm左右，有效改善碳化硅晶圆的表面粗糙度，明显提高粗磨去除速率，具有很好的粗磨减薄效果。所述粗磨液具有使用寿命长、制备方法简单和成本低廉的优势。
28.3.本发明提供的粗磨液中，所述金刚石粉末粒径小于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％，粒径大于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％，其中，所述金刚石粉末粒径小于10μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的3％，相对现有的金刚石粉末，小于40μm(主要为30μm)粒径粉末的比例减小，使得加工效果好。如果使用粒径较小的金刚石粉末，如市面上常用的粒径为1.5～2μm的金刚石粉末，多用于对蓝宝石的粗磨。蓝宝石粗磨的前一工序会经过线切割，一般去除量需求不会太高，用常规的金刚石液几分钟甚至一分钟左右就可以满足要求。对整个粗磨液体系的悬浮性要求没那么高，而对碳化硅晶圆片的粗磨减薄效果太差，加工第一磨去除3c(1c＝10μm)，都需要80min，严重降低抛光效率；如果使用粒径过大的金刚石粉末，去除量过大，平整度不易保证。因此，本发明在金刚石粉末粒径的选择过程中发现采用粒径大于3μm的金刚石粉末最优。此外，该粒径范围的选择对碳化硅晶圆片的切削速率达到2μm/min，表面粗糙度为15.35nm左右，有效改善碳化硅晶圆片的表面粗糙度，明显提高粗磨去除速率，具有很好的粗磨减薄效果。
29.4.本发明提供的粗磨液的所述制备方法步骤精简，参数易控且便于操作，具有很强的实用性。
30.5.本发明提供的粗磨液的粘度为550-580mpa
·
s，密度为1.174-1.275g/cm3，这确保了粗磨液性能稳定，提高了粗磨效率。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.实施例1
33.一种粗磨液，包括以下质量百分数的组分：金刚石粉末15％、悬浮防沉剂0.7％、分散稳定剂1.1％、ph调节剂3％、润湿剂0.4％、螯合剂1.3％，溶剂为去离子水；所述悬浮防沉剂为硅酸镁锂。
34.所述金刚石粉末粒径小于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％，粒径大于3.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的50％，粒径大于7.3μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末总量的3％。所述金刚石粉末的堆密度为1.42g/cm3。
35.所述分散稳定剂为乙二胺四乙二醇和六偏磷酸钠，其中，乙二胺四乙二醇用量为0.7％，六偏磷酸钠用量为0.4％。
36.所述ph调节剂为三乙醇胺/氢氧化钾。
37.所述润湿剂为丙二醇。
38.所述螯合剂为乙二胺四乙酸。
39.上述粗磨液的制备方法，包括如下步骤：
40.步骤1、制备悬浮体系，具体的，在机械搅拌下，向洁净干燥的60l反应釜中加入36kg去离子水，保持搅拌5-10min，再加入所述4.2kg硅酸镁锂，机械搅拌30-60min后下料，静置16h，制得悬浮体系；
41.步骤2、制备混合体系，具体的，向洁净干燥的600l反应釜中加入240kg去离子水，在机械搅拌下，加入乙二胺四乙二醇16kg、六偏磷酸钠1.2kg、丙二醇16kg和乙二胺四乙酸8kg，机械搅拌至充分溶解后下料至所述悬浮体系中混合均匀，制得混合体系；
42.步骤3、制备粗磨液，具体的，向所述混合体系内加入所述金刚石粉末90kg，搅拌60min，得到预混体系，再加入所述三乙醇胺16kg，搅拌20min，调节预混体系的ph值至9-11，将预混体系转移至超声波发生器内，分散频率40khz，超声分散30min，制得粗磨液。
43.在所述步骤1和步骤2中的机械搅拌速率均为1200rpm，确保快速混匀。
44.在所述步骤3中的机械搅拌速率为1800rpm，确保快速混匀。
45.所述粗磨液的粘度为550-580mpa
·
s，密度为1.174-1.275g/cm 3
。
46.本发明在实施例1的基础上，还提供了实施例2-8和对比例1-4，其中实施例2-8与实施例1不同的是粗磨液的组分及质量百分比，具体参见表1、表2和表3。对比例1与实施例1不同的是悬浮防沉剂的加入量为零。对比例2与实施例1不同的是悬浮防沉剂的加入量为0.2％。对比例3与实施例1不同的是悬浮防沉剂的加入量为0.9％。对比例4与实施例1不同的是金刚石粉末粒径大于7.3um且小于10μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末占总量的0.5％，且金刚石粉末的堆密度为1.1g/cm3。对比例5与实施例1不同的是金刚石粉末粒径大于7.3um且小于10μm的金刚石粉末含量占金刚石粉末占总量的5％，且金刚石粉末的堆密度为1.6g/cm3。
47.表1
[0048][0049]
表2
[0050][0051]
表3
[0052][0053]
由实施例1-8和对比例1-3制备的所述粗磨液配合16b磨机和铸铁盘使用时，使用的条件如下：
[0054]
加工机台：16b平磨机和研磨盘材质：铸铁盘
[0055]
加工压力：110kg上盘转速：20rpm下盘转速：6rpm
[0056]
加工产品：碳化硅晶圆片直径180mm加工时间：20min加工数量：15pcs粗磨后对产品清洗，干燥。
[0057]
采用实施例1制备得到的粗磨液加工25pcs产品，并中任意挑取10pcs加工产品，用厚度规测量产品加工前后的厚度并记录，以求去除量及去除速率，数据结果参见表4；在每片挑取的加工产品上随机取两个点，用omm粗糙度测试仪测试产品加工后的粗糙度，数据结果参见表5。
[0058]
表4
[0059][0060]
表5
[0061][0062][0063]
采用实施例1的处理方式，分别得出实施例2-8和对比例1-4的平均去除速率和产品ra平均值，数据结果参见表6。
[0064]
表6
[0065]
序号平均去除速率um/min产品ra平均值/nm实施例12.0515.35实施例21.9815.28实施例32.0115.32实施例42.0115.31实施例51.9915.29实施例62.0515.36实施例72.0315.38实施例82.0015.35对比例11.0215.37对比例21.7815.38对比例32.0515.36对比例41.0319.33对比例50.9620.66
[0066]
由表4-6数据知，本发明中所述粗磨液配合16b磨机和铸铁盘加工碳化硅晶圆片，粒径的选择优化方面选择合适的粒径范围，在工艺方面避开了研磨垫和磨床工艺，对碳化硅晶圆片的切削速率达到2μm/min，表面粗糙度为15.35nm左右，有效改善碳化硅晶圆片的表面粗糙度，明显提高粗磨去除速率，具有很好的粗磨减薄效果。所述粗磨液具有使用寿命
长、制备方法简单和成本低廉的优势。与实施例1相比，对比例1采用悬浮防沉剂添加量为零时，金刚石粉末沉降很快，研磨后去除速率明显降低；对比例2采用悬浮防沉剂添加量为0.2％时，仍有部分金刚石粉末板结沉底，金刚石粉末无法完全利用，去除速率较慢；对比例3采用浮防沉剂添加量为0.9％时，去除速率在正常范围，结合成本考虑，选定悬浮防沉剂添加量在0.3％-0.8％最合适。从对比例4可看出如果没有粗粒径的金刚石粉体，平均去除速率和产品的ra平均值较差。同时，从对比例4和对比例5可以看出，如果金刚石磨料的堆密度过大或过小，也会影响磨削效果。这是因为堆密度的大小会影响金刚石磨料对晶片的梯度切割过程。在磨削初期，主要是较大颗粒的金刚石进行磨削。当较大颗粒的金刚石颗粒变圆后，较小颗粒的金刚石再进行磨削。这时，当金刚石粉末的堆密度为1.4g/cm3左右时，圆形的大颗粒的金刚石还可以起到向小颗粒的金刚石传递能量的作用，从而提高产品的平整度。而当堆密度过大或过小时，都不能达到这个效果。
[0067]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。