液态蜡在半导体领域的应用现状-揭秘-液态蜡的前世今生

摘要

本文主要介绍了液态蜡在半导体领域中芯片抛光环节的使用，以本公司生产的液态蜡为例，具体介绍了液态蜡的各项性能与使用过程中的关联；另外，还介绍了现阶段国内外液态蜡的研究进展现状。

研究背景

随着互联网、大数据、人工智能等新技术兴起，以及以5G为首的新基建项目的加速推进，国内外半导体材料产业取得了长足的进步，形成了较为完整的产业体系，产业规模稳步增长，中高端电子材料产品转型升级速度加快，技术实力稳步提升，显示用液晶材料、集成电路用光刻胶等迎来井喷式发展。

 2021年是“十四五”开局之年，全国各地都纷纷制定了相关集成电路产业规划，并提出了2025年产业规模目标。预估到2025年，我国集成电路产业规模（设计、制造、封测、设备、材料）将高达4万亿元。同年小米、OPPO、vivo等多家手机公司全都宣布了自研芯片。小米率先公布了澎湃C1、随后vivo也公布了第一颗自主开发ISP芯片 V1，而OPPO也公布了首颗自研影像专用NPU芯片马里亚纳。可以看到，目前国内的头部手机厂商已经在自主研发芯片的赛道上聚齐，但除了华为外，三大厂的进度都仍处在影像领域的研发，在半导体芯片领域有了广阔发展前景。

在芯片的制作中，通常在芯片的研磨抛光环节会使用到液态蜡。芯片的减薄和抛光通常是使用胶黏剂将芯片固定陶瓷盘上进行操作，在这一环节使用的胶黏剂通常需要满足以下条件：①在研磨前芯片粘结在研磨盘上不能有气泡，②需满足在进行研磨抛光工作中芯片不会出现跑片和滑片的现象，③在研磨抛光工作结束后通过加热可以将芯片从研磨盘上卸下来，④卸下来的芯片和研磨盘上的蜡可以通过无水乙醇，丙醇等溶剂去除。现阶段满足这些条件常用的胶黏剂是液态蜡和固态蜡。这两类胶黏剂都属于热塑型胶黏剂，它们各有优劣。相比固态蜡，液态蜡具有更好的流动性和流平性，因此液态蜡主要应用于加工精度较高的芯片。

液态蜡的理化性能

现阶段中，客户对于液态蜡关注的性能指标主要是液态蜡的常温粘度，液态蜡中树脂的软化点以及液态蜡的固含量等。由于客户的需求不同，液态蜡的性能指标也不同。以本公司生产的两款液态蜡为例，本公司生产的液态蜡主要有两类：一般型液态蜡（LW-NT-100或LW-NT-130）和耐温性液态蜡（LW-HT-100或LW-HT-130），其具体的性能如下表所示，客户可根据所需性能选择不同产品。

表1本公司各类液态蜡的性能指标

如表1所示，本公司所生产研发的液态蜡的理化性能主要由粘度、固含量、软化点和比重4个指标来表征。首先，粘度表征的是液态蜡在常温（25℃）下的粘稠度，粘度越大，液态蜡的流动性越差；在半导体行业中，使用液态蜡通常是借助自动上蜡机来对芯片进行涂蜡，液态蜡粘度越大，它的流动性就越差，这样就容易使芯片上的蜡液涂覆的不均匀，影响芯片后一道的抛光操作，以此，对于不同的芯片要选择不同粘度的液态蜡。其次是液态蜡的固含量，这个指标主要表征的是液态蜡中溶质占总体的比例；在工业生产中，通常液态蜡的固含量越高，芯片贴在研磨盘上抛光时越不容易发生跑片和滑片。之后是液态蜡的软化点，这个性能越高，代表着芯片在研磨抛光时使芯片不发生跑片和滑片的耐受温度越高，也就是说如果客户进行研磨抛光时研磨盘温度较高，选择液态蜡就选软化点较高的那一款。最后是液态蜡的比重，这个性能主要表征的液态蜡液体的密度，密度的大小与液态蜡制备时使用的树脂有关，在使用时，它的大小不会影响液态蜡的使用效果，下图1为本公司生产的液态蜡包装成品外貌。

现阶段国内外液态蜡现状

由于半导体芯片行业不断发展，客户对液态蜡的需求量也是逐步提升，同时对液态蜡的各项性能也有了更多要求。因此，对液态蜡的产品开发也逐渐多元化，以此来满足客户的各种需求。现阶段，国外的液态蜡产品主要以日本生产的产品为主。他们生产的液态蜡产品众多，可以满足各类芯片的加工使用，但是价格昂贵。

对于国内，在十多年前，液态蜡还是主要依靠国外进口产品来满足使用要求。但是近些年来随着半导体行业的蓬勃发展，对液态蜡的需求不断加大，而国外进口的产品价格昂贵，中国开始自主研发这类液态蜡，目前这类液态蜡产品开发进展结果喜人。

如中国专利CN113969134A发明了一种液体晶片粘接蜡，通过将环己烷、乙醇、正丁醇和石油醚等溶剂混合，在其中加入了热熔型粘接蜡，通过搅拌混合均匀，在经过过滤得到了这种液态蜡，这类蜡通过晶片的尺寸来确定滴加多少蜡液，直接将蜡滴加在抛光盘上，之后放上晶片，最后进过压合加热，将蜡液中的溶剂挥发出去。这款蜡这样使用，可以使蜡液分布较均匀，但是容易存在气泡，不利于晶片抛光后的观察，同时这款蜡所选的溶剂较多，如环己烷存在有毒的缺点，这款蜡不太环保。

中国专利CN105018025A公开了一种GaAs MMIC减薄工艺中粘片用的液态蜡，所公开的液态蜡是由一定量的crystalbond509强力粘合剂以及能够溶解所述crystalbond509强力粘合剂用量的丙酮组成，以解决液态蜡和高温胶互融的问题。但是丙酮也属于有毒溶剂。

中国专利CN86101702A公开了一种液态蜡粘接剂，所公开的这类液态蜡粘结剂由溶剂和溶质配制而成，溶剂是三氯乙烯、溶质是松香，并加有增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯，其中三氯乙烯、松香和邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的比例是：100（ml）:100(g):2(g):2(g)。这种液态蜡的粘结力较低，在研磨过程中容易跑片。

中国专利CN101376793A公开了一种抛光粘片用液态蜡及其制备方法和抛光粘片的工艺，所公开的液态蜡含有以下组分（按1万克重量比）：聚乙烯二醇662.3～665.7，漆片198.5～201.5，异丙醇548.7～551.2，25%的氨水307.0～309.7，18兆去离子水2347.8～2353.4，8030树脂5913.1。这种液体蜡在晶片表面的润湿、流平性较差，粘片后蜡层容易产生气泡，导致粘结力较低。另外，该专利文献所用的基本树脂耐高温性差，在研磨过程中，液态蜡对晶片的粘结力在高温环境下容易失效，晶片容易跑片，抛光效率低，精度低。

有鉴于此，本公司发明提供一种新型的液态蜡及其制备方法（专利号：CN107011839A）。本公司发明的是一种高温型液态蜡，针对CMP带盘抛的高温需求，应用于抛光、研磨温度严苛的环境，抛光过程中可承受50～70℃的高温。这种液态蜡是以酚醛树脂和氢化松香为溶质，小分子量醇为溶剂，复配而成。其拥有良好的流动性，可均匀涂布到工件上，质量稳定，具有较高的粘结力，研磨过程中不会出现跑片现象，适用于高精度的切削、研磨、抛光等制程，同时所选溶剂均为环保型溶剂。

由上所述，目前液态蜡的开发和发展还处于一个飞速发展的阶段，为了适用于半导体行业中各类芯片的使用，液态蜡的种类也越来越多，在逐步的替代进口的液态蜡产品。

展望

目前，液态蜡还是处于一个飞速发展的时期，国产液态蜡正在逐步的替代进口液态蜡，国内生产液态蜡的企业也越来越多，相互之间的竞争也愈演愈烈，同时人民的环保意识越来越强，促使液态蜡产品逐渐向精细化、环保化和低气味化发展。