本发明涉及一种半导体加工中使用的组合物、制备方法、其用途及使用其的芯片激光切割保护方法，更具体地涉及一种能够防止金属熔渣和硅蒸汽污染的芯片激光切割保护液、制备方法、应用和使用其的半导体功率芯片激光切割保护方法等多个技术方案，属于半导体加工。
背景技术：
1、功率半导体器件又称为电力电子器件，是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件。功率半导体器件的主要作用包括变频、整流、变压、功率放大和功率控制、节能等，例如，其中如垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(vdmos)和快恢复二极管(frd)被大量应用于开关电源、马达驱动等电力电子系统中。
2、为了降低这一类芯片的导通损耗，芯片背面的寄生电阻需越小越好，为了达到该目的，在芯片的制造过程后段中，晶圆从背面减薄后会在背面淀积金属层，目前常用的背面金属层结构通常是钛/镍/银组合，背面金属层起到与硅层粘附、阻挡扩散和导电的作用。
3、芯片制造工序的最后一个环节是将晶圆切割成单个的芯片，这通常采用刀轮划片的方式进行切割分离。而背面沉积有金属层的晶圆若采用常规的刀轮划片方式，则会导致芯片背面崩边、电性下降等问题。此外，随着如今电力系统对功率的需求越来越高，芯片背面金属层的厚度存在逐渐加厚的发展趋势，单一使用刀轮划片的方式逐渐不再适用于晶圆切割，为了克服该缺陷，目前刀轮切割和激光切割金属层的组合方式越来越受到重视，该组合切割的流程如下：先使用刀轮对上面的硅层进行划片，在切割道上形成一道通常为28-60μm宽、10-100μm深的凹槽即沟槽(如附图1所示)。然后再沿着该凹槽进行激光切割，从而切割开底部的金属层(也即背面金属层)，最终形成一颗颗独立的芯片。虽然该工艺越来越成为主流，但其仍存在一些缺陷：在激光切割过程中，受热汽化的硅蒸汽和熔融金属会向上喷溅附着在芯片的侧壁和表面，这导致后续贴片不牢进而出现电性异常。虽然目前存在一些单纯用于常规激光开槽工艺的保护液，但其主要用于平面或凹凸结构差异较小的晶圆表面保护，而无法在具有高深宽比的切割凹槽中快速渗透形成有效保护膜，也即根本不适用于功率半导体的加工工序。
4、因此，需要开发一种用于功率半导体加工工序中的刀轮切割和激光切割的组合切割工艺中的激光切割保护液，以此防止切割产生的硅蒸汽和熔融金属在芯片侧壁及正面的附着，这是目前类型芯片切割的难点之一，这对于提高切割效率、降低生产成本、改善产品良率等具有非常重要的产业化意义。
技术实现思路
1、本发明人为了避免具有背面金属层的功率半导体芯片在激光切割时产生的硅蒸汽和硅熔渣等在切割沟槽的侧壁产生附着、常规保护液难以形成有效保护和清洗困难且难以清除彻底等问题，进行了深入探索和研究，从而完成了本发明，顺利解决了上述诸多缺陷。
2、更具体而言，本发明旨在提供一种用于功率半导体芯片激光切割的水基切割保护液及其关联技术方案(包括其制备方法、使用其的切割保护方法、切割保护用途等等)，所述切割保护液能够在激光切割过程中形成全面覆盖且均匀的水溶性保护膜，从而隔绝硅渣及熔融金属在切割沟槽的侧壁表面附着，且易于清洗兼清洗彻底。藉这些显著的优异效果，可以显著提高精密半导体元件的加工合格率，大幅度提高了加工效率且大幅度降低了生产成本。
3、需要注意的是，在本发明中，除非另有规定，涉及组成限定和描述的“包括”的具体含义，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”等及其类似含义。
4、本发明主要涉及如下几个具体技术方案。
5、[第一个技术方案]
6、第一个技术方案，本发明的一个目的在于提供一种用于功率半导体芯片激光切割的水基切割保护液(以下有时也称为“水基切割保护液”或“切割保护液”或“保护液”或“芯片切割保护液”或“水基保护液”，所有均具有相同的指代含义)。
7、所述水基切割保护液包括主体聚合物、改善剂、吸光剂、亲水性溶剂和超纯水。
8、更具体地，所述水基切割保护液以质量份计，包括如下组分：
9、
10、在本发明的所述水基切割保护液中，所述主体聚合物的质量份为10-30份，例如可为15-25份，更例如可为10份、15份、20份、25份或30份。
11、其中，优选所述主体聚合物为同时具有酯基和羰基的共聚物，例如乙酸乙烯酯-乙烯共聚物或乙酸乙烯酯-乙烯基吡咯烷酮共聚物；最优选为同时具有酯基、羰基和吡咯烷基的乙酸乙烯酯-乙烯基吡咯烷酮共聚物。
12、更优选所述乙酸乙烯酯-乙烯基吡咯烷酮共聚物为摩尔比为1:0.5-2.5的乙酸乙烯酯与乙烯基吡咯烷酮的共聚物。其中，不同摩尔比的该共聚物均为非常公知的共聚物，可通过多种商业渠道而购得乙酸乙烯酯与乙烯基吡咯烷酮的不同摩尔比的各个规格聚合物，在此不再进行详细描述。
13、在本发明的所述水基切割保护液中，所述改善剂的质量份为1-5份，例如可为2-4份，更例如可为1份、2份、3份、4份或5份。
14、其中，所述改善剂为对苯乙烯磺酸钠。
15、在本发明的所述水基切割保护液中，所述吸光剂的质量份为0.1-10份，例如可为0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。
16、其中，所述吸光剂包括苯酮类化合物、苯酮磺酸类化合物及其盐类，水杨酸酯类化合物、苯并三唑类化合物、三嗪类化合物以及肉桂酸类化合物中的任意一种或任意多种的混合物。
17、进一步地，所述吸光剂例如可为水杨酸甲酯、苯并三唑、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯酮或其钠盐等中的任意一种或任意多种的混合物。
18、在本发明的所述水基切割保护液中，所述亲水性溶剂的质量份为30-70份，例如可为30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份或70份。
19、其中，所述亲水性溶剂为c1-8醇类化合物、醇醚类化合物或c1-8醇类化合物与醇醚类化合物的混合物，例如可为乙二醇、丙二醇、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚、乙醇、甲醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇等中的任意一种或其中任一种醇醚类化合物与其中任一种醇类化合物的混合物。
20、最优选地，所述亲水性溶剂为丙二醇单甲醚与乙醇的混合物，其中丙二醇单甲醚与乙醇的摩尔比为3:0.5-1，例如可为3:0.5、3:0.6、3:0.7、3:0.8、3:0.9或3:1。
21、在本发明的所述水基切割保护液中，所述超纯水的质量份为30-50份，例如可为30份、35份、40份、45份或50份。
22、其中，所述超纯水为电阻≥18mω的去离子水。
23、如上所述，本发明提供了一种功率半导体芯片激光切割的水基切割保护液，本发明人发现，在本发明的所述水基切割保护液中，通过选择特定的主体聚合物、特定的改善剂以及特定的亲水性助剂，可以取得最好的技术效果(具体可见随后的性能测试部分)，如优异的成膜性能、切割保护性能、易于清洗性能等诸多优点，克服了目前现有技术中功率半导体的切割工序存在的诸多缺陷，能够显著改善和提高功率半导体芯片的加工合格率和提高良品率，解决了上述的技术缺陷。
24、[第二个技术方案]
25、第二个技术方案，本发明的一个目的在于提供上述水基切割保护液的制备方法。
26、所述制备方法包括如下步骤：
27、步骤1：称取所需质量份的各个组分；
28、步骤2：将所述主体聚合物加入所述亲水性溶剂中，控制搅拌速率在100-500rpm之间，并控制温度在30-60℃之间，直至溶解完全，记为液体a；
29、步骤3：将所述改善剂加入到所述超纯水中，控制搅拌速率在200-500rpm之间，并控制温度在20-30℃之间，充分搅拌混合至均匀透明，记为液体b；
30、步骤4：将所述吸光剂加入到所述液体b中，持续搅拌混合至均匀，记为液体c；
31、步骤5：将所述液体c加入到所述液体a中，控制搅拌速率在250-500rpm之间，并控制温度在20-30℃之间，直到物料混合均匀，即得所述水基切割保护液。
32、在本发明的所述制备方法中，步骤2中的搅拌速度为100-500rpm，更进一步例如为100rpm、200rpm、300rpm、400rpm或500rpm，本领域技术人员可进行合适的选择和确定，在此不再进行详细描述。
33、在本发明的所述制备方法中，步骤2中的搅拌温度为30-60℃，例如可为30℃、40℃、50℃或60℃。
34、在本发明的所述制备方法中，步骤3中的搅拌速度为200-500rpm，更进一步例如为200rpm、300rpm、400rpm或500rpm，本领域技术人员可进行合适的选择和确定，在此不再进行详细描述。
35、在本发明的所述制备方法中，步骤3中的搅拌温度为20-30℃，例如可为20℃、25℃或30℃。
36、在本发明的所述制备方法中，步骤4中的搅拌速度为200-500rpm，更进一步例如为200rpm、300rpm、400rpm或500rpm，本领域技术人员可进行合适的选择和确定，在此不再进行详细描述。
37、在本发明的所述制备方法中，步骤4中的搅拌温度为20-30℃，例如可为20℃、25℃或30℃。
38、在本发明的所述制备方法中，步骤5中的搅拌速度为250-500rpm，更进一步例如为250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm或500rpm，本领域技术人员可进行合适的选择和确定，在此不再进行详细描述。
39、在本发明的所述制备方法中，步骤5中的搅拌温度为20-30℃，例如可为20℃、25℃或30℃。
40、[第三个技术方案]
41、第三个技术方案，本发明的一个目的在于提供上述切割保护液用于功率半导体芯片激光切割保护中的用途。
42、如上所述，本发明的所述水基切割保护液通过选择特定的主体聚合物、特定的改善剂以及特定的亲水性溶剂，可以取得最好的技术效果(具体可见随后的性能测试部分)，如优异的成膜性能、切割保护性能、易于清洗性能等诸多优点，克服了目前现有技术中功率半导体的切割工序存在的诸多缺陷，能够显著改善和提高功率半导体芯片的加工合格率和提高良品率，解决了上述的技术缺陷。
43、[第四个技术方案]
44、第四个技术方案，本发明的一个目的在于提供一种使用上述水基切割保护液的功率半导体芯片激光切割保护方法，所述切割保护方法包括如下步骤：
45、步骤a：对晶圆先进行刀轮切割，得到形成沟槽的预切割晶圆；
46、步骤b：用超纯水清洗预切割晶圆，去除表面的灰尘颗粒，得到预清洗晶圆；
47、步骤c：在晶圆低速旋转状态下，向晶圆表面喷超纯水，从而在晶圆表面形成均匀水膜；
48、步骤d：在晶圆低速旋转状态下由中心处开始向外围均匀滴加所述水基切割保护液，旋涂形成覆盖完整的保护液液膜；
49、步骤e：滴加完毕后，使所述水基切割保护液干燥成膜；
50、步骤f：进行激光切割，切割开背面金属层，从而形成单个芯片；
51、步骤g：用去离子水清洗去除所述保护膜，获得单颗芯片，从而完成该切割保护处理。
52、在本发明的所述切割保护方法中，步骤a中的晶圆例如可为8-12寸晶圆，对于半导体功率芯片而言，切割所形成的沟槽宽度通常为28-60μm，深度可为10-100μm，深宽比例如可为1:0.2-4，通常深度为宽度的2-5倍，其整体形态例如可见附图1。
53、在本发明的所述切割保护方法中，步骤b中，所述超纯水为电阻≥18mω的去离子水，清洗时间并无严格的限定，只要能够将晶圆表面的灰尘颗粒清洗完全即可，例如可为1-3分钟，更例如可为1分钟、2分钟或3分钟，本领域技术人员可根据实际情况进行合适选择和确定，在此不再进行详细描述。
54、在本发明的所述切割保护方法中，步骤c中，所述超纯水为电阻≥18mω的去离子水。
55、在本发明的所述切割保护方法中，步骤c中，喷水的时间为1-2min，例如为1min、1.5min或2min；所喷的水量并无严格的限定，只要能够在晶圆表面(当然也包括了切割形成的沟槽表面，下同)形成均匀的水膜即可，其厚度通常可为20-150μm，例如为40-130μm、60-110μm或70-90μm之间，本领域技术人员可根据实际情况(如晶圆大小、旋转速度等)进行合适的确定，在此不再进行详细描述。
56、在本发明的所述切割保护方法中，步骤c中，所述晶圆的低速旋转速度为10-100rpm，例如可为10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm或100rpm，通过低速旋转可以形成均匀的水膜且可避免所形成的水膜破裂。
57、在本发明的所述切割保护方法中，步骤d中，所述低速旋转的时间并无严格的限定，例如可为30-90s，例如为30s、40s、50s、60s、70s、80s或90s。
58、在本发明的所述切割保护方法中，步骤d中，所述低速旋转的转速并无严格的限定，只要能够形成完整的保护液液膜即可，例如可为30-70rpm，进一步例如可为30rpm、40rpm、50rpm、60rpm或70rpm，本领域技术人员可根据实际情况进行合适选择和确定，在此不再进行详细描述。
59、在本发明的所述切割保护方法中，步骤d中，可根据晶圆的尺寸大小而选择滴加合适量的水基切割保护液，这是芯片加工领域中的常规选择，例如相对于12寸晶圆，可以滴加30-80ml的水基切割保护液，例如可为30ml、40ml、50ml、55ml、60ml、70ml或80ml。
60、在本发明的所述切割保护方法中，步骤e-f的干燥成膜和激光切割，均是非常公知的操作手段，本领域技术人员可根据实际情况进行合适的选择和确定，例如步骤f的激光切割功率为0.5-10w，进一步例如可为0.5w、1w、2w、5w、6w、7w或10w，其具体操作等在此不再进行详细描述。
61、在本发明的所述切割保护方法中，步骤g中，所述去离子水优选为电阻≥18mω的去离子水。
62、如上所述，本发明提供了一种功率半导体芯片激光切割用保护液、其制备方法、用途和使用其的功率半导体芯片激光切割保护方法，所述功率半导体芯片的水基切割保护液具有如下优点：
63、1、该保护液的组成成分在功率半导体芯片的加工领域中是新颖的，所述保护液以超纯水作为介质，利用特定的亲水性溶剂与水的相容性以及整体组合物在大深宽比的切割沟槽中的渗透性，从而在开槽宽度窄、开槽深度深的情况下，能够渗透到槽底并同时在芯片侧壁形成保护性膜层(见附图2的形成保护膜层示意图)。
64、2、该保护液通过使用含有高附着能力的酯基基团和羰基以及吡咯烷基的共聚物，，增大了附着力，使其能够在具有高深宽比的沟槽结构下，向下渗透在芯片侧壁及表面上并形成有效的保护阻隔膜，以隔绝激光切割产生的金属熔渣及硅蒸汽的附着。
65、3、通过采用对苯乙烯磺酸钠作为改善剂，可以显著改善激光切割后的清洗性能，能够彻底去除激光切割过程中所形成的硅熔渣和各种脏污，具有优异的可清洗性。
66、4、在成膜前通过先形成水膜，可以显著提高最终的清洗去除效果，简化缩短了工艺流程，在半导体工艺领域具有非常重要的意义。而且无需后续进行更为复杂的有机溶剂清洗，可以显著改善生产效率、降低工艺成本、提高产品良率，还可以显著减少了废液的产生。
67、因此，本发明的水基切割保护液在功率半导体芯片的激光切割保护领域具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。
1.一种用于功率半导体芯片激光切割的水基切割保护液，所述水基切割保护液以质量份计，包括如下组分：
2.如权利要求1所述的水基切割保护液，其特征在于：所述主体聚合物的质量份为15-25份。
3.如权利要求1或2所述的水基切割保护液，其特征在于：所述改善剂的质量份为2-4份。
4.如权利要求1-3任一项所述的水基切割保护液，其特征在于：所述吸光剂为水杨酸甲酯、苯并三唑、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯酮或其钠盐等中的任意一种或任意多种的混合物。
5.如权利要求1-4任一项所述的水基切割保护液，其特征在于：所述超纯水为电阻≥18mω的去离子水。
6.权利要求1-5任一项所述的水基切割保护液的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤4中的搅拌速度为200-500rpm，搅拌温度为20-30℃。
8.权利要求1-5任一项所述的水基切割保护液用于功率半导体芯片激光切割保护中的用途。
9.使用权利要求1-5任一项所述的水基切割保护液的功率半导体芯片激光切割保护方法，所述切割保护方法包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的切割保护方法，其特征在于：步骤f中，激光切割功率为0.5-10w。
