阅读说明：本技术 一种碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用 (Silicon carbide single crystal wafer cleaning agent and preparation method and application thereof ) 是由 包亚群 罗壮东 刘长海 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用,所述碳化硅单晶片清洗剂按质量百分比包括：螯合剂20-30％、聚乙二醇1-5％、异辛醇聚氧乙烯醚1-5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚1-5％和增溶剂1-10％,余量为水；所述螯合剂为柠檬酸钾和葡萄糖酸钾的混合物。本发明所述碳化硅单晶片清洗剂呈弱碱性,对晶片无腐蚀现象,操作安全性能高,且对于清洗碳化硅单晶片各加工工段的不同脏污都具有良好的清洗效果。(The invention provides a silicon carbide single crystal wafer cleaning agent and a preparation method and application thereof, wherein the silicon carbide single crystal wafer cleaning agent comprises the following components in percentage by mass: 20-30% of chelating agent, 1-5% of polyethylene glycol, 1-5% of isooctanol polyoxyethylene ether, 1-5% of polyoxyethylene polyoxypropylene block polyether, 1-10% of solubilizer and the balance of water; the chelating agent is a mixture of potassium citrate and potassium gluconate. The silicon carbide single crystal wafer cleaning agent disclosed by the invention is weakly alkaline, has no corrosion phenomenon on wafers, is high in operation safety performance, and has a good cleaning effect on different stains at each processing section of the silicon carbide single crystal wafer.)

一种碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于清洗剂技术领域，具体涉及一种清洗剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用。

背景技术

在半导体器件的应用方面，随着碳化硅生产成本的降低，碳化硅由于其优良的性能而可能取代硅作芯片，打破硅芯片由于材料本身性能的瓶颈，将给电子业带来革命性的变革。碳化硅晶片在生产加工过程中，需要切割、研磨、抛光等工艺，在不同的加工工艺中会产生不同的脏污残留，因此为解决上述技术问题，有必要发明一种针对该材质的清洗剂。作为研磨后的碳化硅单晶基板的清洗剂，一般使用作为基质的过氧化氢中加入有强酸(硫酸、盐酸)或碱(氨水)、以及氢氟酸的高浓度的药液。但是，在高温下使用强酸、强碱性的高浓度过氧化氢或使用毒性高的氢氟酸，不仅在作业性方面存在问题，而且需要清洗装置周边的耐腐蚀性、排气设备。

CN102449745A公开了一种碳化硅半导体用基板的清洗方法，包括使用清洗剂组合物清洗半导体用基板的第一清洗工序、和使用含有螯合剂的酸性溶液清洗已在所述第一清洗工序清洗过的半导体用基板的第二清洗工序，所述清洗剂用组合物含有：含有过渡金属的水溶性盐、多元羧酸系化合物和过氧化物。该清洗剂用组合物虽然能清洗掉在加工工艺中会产生不同的脏污残留，但组合物酸性很强，操作安全性能低，而且在清洗处理后需要利用大量的纯水进行冲洗序，处理废水对环境的负荷大。

CN104928060A公开了一种硅片防腐清洗剂，由以下重量百分比的原料组成：氢氧化钾0.5-2.5％、脂肪醇聚氧乙烯(7)醚4-8％、乙二醇丁醚0.4-0.8％、全氟烷基乙氧基醚醇0.4-0.8％、络合物0.2-1％、四甲基氢氧化铵2-4％、羧甲基纤维素钠0.1-0.3％、余量为去离子水。该防腐清洗剂虽然去污能力强，但是含有氢氧化钾和四甲基氢氧化铵，碱性强，对硅片腐蚀性较强，不适用于光伏和半导体硅片的清洗。

因此，开发一种清洗效果好、安全性能高的绿色环保碳化硅单晶片清洗剂是非常必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种清洗剂及其制备方法和应用，特别是提供一种碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用，所述碳化硅单晶片清洗剂为弱碱性，对晶片无腐蚀现象，对于清洗碳化硅单晶片各加工工段的不同脏污都具有良好的清洗效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：螯合剂20-30％、聚乙二醇1-5％、异辛醇聚氧乙烯醚1-5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚1-5％和增溶剂1-10％，余量为水；

所述螯合剂为柠檬酸钾和葡萄糖酸钾的混合物。

在本发明中，所述螯合剂含量为20-30％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％。

在本发明中，所述聚乙二醇含量为1-5％，例如可以是1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。

在本发明中，所述异辛醇聚氧乙烯醚含量为1-5％，例如可以是1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。

在本发明中，所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚含量为1-5％，例如可以是1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。

在本发明中，所述增溶剂含量为1-10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。

在本发明中，所述柠檬酸钾和葡萄糖酸钾的混合物作为螯合剂，溶解性好，柠檬酸钾和葡萄糖酸钾相互配合，具有协同作用，在较低温度下仍能够更快地与水中的钙离子镁离子等金属离子络合，生成良好的絮凝，沉降快速，消除水中的金属离子对清洗造成的困难，且柠檬酸钾和葡萄糖酸钾均为弱碱性，安全性高，且对晶片无腐蚀现象。

在本发明中，所述聚乙二醇相容性好，而且能够降低水溶液冰点，使所述清洗剂较低温度下依然不见结冰现象。

在本发明中，所述异辛醇聚氧乙烯醚作为非离子型表面活性剂剂，无毒和刺激性小，具有良好的润湿、乳化、去污、脱垢、增溶、起泡、分散和润滑的性能，且很容易与本发明各活性成分配伍使用，以提升动态表面张力。所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚具体为聚氧乙烯(PEO)-聚氧丙烯(PPO)嵌段共聚物，以聚氧丙烯为疏水基，以聚氧乙烯为亲水基的一种高分子聚醚型非离子表面活性剂，具有无毒和无刺激性、稳定性好的特点，与异辛醇聚氧乙烯醚相互配合，具有协调增效的作用，使所述清洗剂水溶性大大提高(浊点升高)，渗透性能得以保持，乳化率大大提高，从而提高了洗涤性能。

在本发明中，所述增溶剂可增加所述清洗剂的溶解度，提高所述清洗剂中异辛醇聚氧乙烯醚和氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚含量，提高清洗能力。

优选地，所述清洗剂按质量百分比包括：螯合剂20-24％、聚乙二醇2-3％、异辛醇聚氧乙烯醚3-5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚1-2％和增溶剂5-8％，余量为水；

所述螯合剂为柠檬酸钾和葡萄糖酸钾的混合物。

优选地，所述螯合剂中柠檬酸钾和葡萄糖酸钾的质量比为(1.2-2):1，例如可以是1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1。

优选地，所述聚乙二醇的数均分子量为400-2000，例如可以是400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000，优选为400-1000。

优选地，所述异辛醇聚氧乙烯醚的EO数为7-10，例如可以是7、8、9、10，优选为7。

优选地，所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚的数均分子量为2000-3000，例如可以是2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000。

优选地，所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚的相对HBL值为3-13，例如可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。

优选地，所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚选自聚醚L61、聚醚L62、聚醚L63或聚醚L64中的任意一种或至少两种的组合，优选为聚醚L62和/或聚醚L64。

优选地，所述增溶剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇或二乙二醇单丁醚中的任意一种或至少两种的组合，优选为丙三醇。

优选地，所述清洗剂还包括椰子油醇聚氧乙烯醚。

优选地，所述椰子油醇聚氧乙烯醚的EO数为8-12，例如可以是8、9、10、11、12，优选为10。

优选地，所述清洗剂中椰子油醇聚氧乙烯醚的质量百分含量为0.05-1.0％，例如可以是0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的碳化硅单晶片清洗剂的制备方法，所述制备方法为：将配方量的螯合剂、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚和增溶剂加入到水中，搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

优选地，所述搅拌的温度为40-60℃，例如可以是40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃。

第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的碳化硅单晶片清洗剂在清洗半导体芯片中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述碳化硅单晶片清洗剂各组分温和无刺激，配伍后呈弱碱性，对碳化硅单晶片无腐蚀现象，操作安全性能高。

(2)本发明所述碳化硅单晶片清洗剂适用于清洗切割、研磨、抛光工艺后的碳化硅单晶片，对于清洗各加工工段的不同脏污都具有良好的清洗效果，可有效提升碳化硅单晶片的良率。其中，对于清洗切割后的碳化硅单晶片的良率达到98％以上、清洗研磨后的碳化硅单晶片的良率达到97％以上、清洗抛光后的碳化硅单晶片良率达到95％以上。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾14％、葡萄糖酸钾8％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇5％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，40℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例2

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾12％、葡萄糖酸钾10％、聚乙二醇2％(数均分子量为600)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)4％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L64)1％、丙三醇6％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.5％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，50℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例3

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾13％、葡萄糖酸钾10％、聚乙二醇3％(数均分子量为1000)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)3％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇8％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，60℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例4

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾14％、葡萄糖酸钾8％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％和丙三醇5％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚和丙三醇加入到水中，60℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例5

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾8％、葡萄糖酸钾14％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇5％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，40℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例6

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾16％、葡萄糖酸钾6％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇5％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，40℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例7

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾14％、葡萄糖酸钾8％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+8EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇5％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+10EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，40℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

实施例8

本实施例提供一种碳化硅单晶片清洗剂，所述清洗剂按质量百分比包括：柠檬酸钾14％、葡萄糖酸钾8％、聚乙二醇3％(数均分子量为400)、异辛醇聚氧乙烯醚(+7EO)5％、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)2％、丙三醇5％和椰子油醇聚氧乙烯醚(+9EO)0.8％，余量为水。

本实施例制备方法为：将配方量的柠檬酸钾、葡萄糖酸钾、聚乙二醇、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚、丙三醇和椰子油醇聚氧乙烯醚加入到水中，40℃搅拌混合，得到所述碳化硅单晶片清洗剂。

对比例1

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含螯合剂，其他组分含量及制备方法不变。

对比例2

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含葡萄糖酸钾，柠檬酸钾含量为22％，其他组分含量及制备方法不变。

对比例3

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含柠檬酸钾，葡萄糖酸钾含量为22％，其他组分含量及制备方法不变。

对比例4

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含聚乙二醇，其他组分含量及制备方法不变。

对比例5

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含异辛醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)含量为7％，其他组分含量及制备方法不变。

对比例6

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(聚醚L62)，异辛醇聚氧乙烯醚含量为7％，其他组分含量及制备方法不变。

对比例7

同实施例1，区别仅在于，所述清洗剂中不含丙三醇，其他组分含量及制备方法不变。

将上述实施例1-8制备的碳化硅单晶片清洗剂和实施例1-7制备的清洗剂加入水中，分别配成浓度为3-5wt％的清洗液，作为测试样品。清洗液分别加热至50±5℃后，将切割后的碳化硅单晶片、研磨后的碳化硅单晶片以及抛光后的碳化硅单晶片分别浸入清洗液中进行清洗。检测清洗切割后的碳化硅单晶片、研磨后的碳化硅单晶片、抛光后的碳化硅单晶片的良率，具体测试结果如表1所示。

表1

由表1的测试数据可知，实施例1-8制备的碳化硅单晶片清洗剂可适用于切割、研磨、抛光工艺后碳化硅单晶片的清洗，清洗后的碳化硅单晶片的良率提高。其中，清洗切割后的碳化硅单晶片良率达到98％以上、清洗研磨后的碳化硅单晶片良率达到97％以上、清洗抛光后的碳化硅单晶片良率达到95％以上，均比对比例1-7制备的清洗剂对于碳化硅单晶片的清洗效果要好。这说明本发明所述螯合剂中柠檬酸钾和葡萄糖酸钾相互配合，具有协同增效作用，能够提高螯合剂与水中金属离子的螯合作用，消除水中金属离子对清洗效果的影响，从而进一步提高清洗效果；同时异辛醇聚氧乙烯醚和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚，也具有协同增效作用，有助于提升清洗剂的浊点和水溶性，保持其渗透性和稳定性，以提高清洗剂对碳化硅单晶片的清洗效果，而且本发明所述碳化硅单晶片清洗剂各组分均温和无刺激，配伍后呈弱碱性，对碳化硅单晶片无腐蚀现象，操作安全性能高。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的碳化硅单晶片清洗剂及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。