藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液及其循環(huán)使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液,其主要組成成分按重量％計，包括重量濃度2-50wt％以及粒徑15-150nm的納米SiO2水溶膠10-50％、活性劑0.05-1％，螯合劑0.1-1％，pH調(diào)節(jié)劑0.1-2％，pH調(diào)節(jié)劑為無機堿和有機堿的混合物構(gòu)成復(fù)合堿。循環(huán)使用步驟為，拋光液流量100g/min-300g/min，拋光壓力0-0.2MPa，拋光轉(zhuǎn)速40-60rpm，拋光溫度30-40℃。有益效果：拋光液采用復(fù)合堿的形式，無機堿的強堿性可有效提高拋光去除速率，有機堿通過不斷釋放羥基保障拋光液pH的穩(wěn)定性，保障循環(huán)拋光過程中拋光液的化學作用,解決了拋光速率低、效率低的技術(shù)問題。
【專利說明】藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液及其循環(huán)使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于CMP拋光液及使用方法，尤其涉及一種藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液及其循環(huán)使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]藍寶石單晶(Sapphire),又稱白寶石，分子式為A1203，透明，與天然寶石具有相同的光學特性和力學性能，有著很好的熱特性，極好的電氣特性和介電特性，并且防化學腐蝕，對紅外線透過率高，有很好的耐磨性，硬度僅次于金剛石，達莫氏9級，在高溫下仍具有較好的穩(wěn)定性，熔點為2030°C，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防、科研等領(lǐng)域，越來越多地用作固體激光、紅外窗口、半導(dǎo)體芯片的襯底片、精密耐磨軸承等高【技術(shù)領(lǐng)域】中零件的制造材料。
[0003]作為繼S1、GaAs之后的第三代半導(dǎo)體材料的GaN，其在器件上的應(yīng)用被視為20世紀90年代后半導(dǎo)體最重大的事件，使得半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)和激光器上了一個新的臺階。由于GaN是很難制備的材料，必須在其它襯底材料上生長薄膜。作為GaN的襯底材料有多種，包括藍寶石、碳化硅、硅、氧化鎂、氧化鋅等，其中藍寶石是最主要的襯底材料(90 % )，目前已能在藍寶石上外延出高質(zhì)量的GaN材料，并已研制出GaN基藍色發(fā)光二極管及激光二極管。
[0004]隨著世界范圍內(nèi)節(jié)能減排任務(wù)的推進，冷光源被越來越多的國家所提倡并采用。但由于性價比較低，該技術(shù)發(fā)展放緩。低成本、高效率的實現(xiàn)LED襯底材料藍寶石晶體的表面加工是提高性價比的關(guān)鍵因素之一，隨著藍寶石襯底材料需求量的日益增加及表面質(zhì)量要求的日益提高，對藍寶石襯底表面加工技術(shù)的研究顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液及其循環(huán)使用方法，拋光液采用復(fù)合堿的形式，無機堿的強堿性可有效提高拋光去除速率，多羥基有機堿通過不斷釋放羥基而保障拋光液pH的穩(wěn)定性，從而保障循環(huán)拋光過程中拋光液的化學作用，解決了拋光速率低、效率低的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:一種藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:其主要組成按重量％計，包括重量濃度2-50wt%以及粒徑15-150nm的納米S1yjC溶膠10-50%、0.05-1%的活性劑，0.1-1%的螯合劑，0.1-2% pH調(diào)節(jié)劑，pH調(diào)節(jié)劑為無機堿和有機堿的混合物構(gòu)成復(fù)合堿，所述無機堿0.05-1.5%,有機堿0.05-0.5%。
[0007]所述復(fù)合堿拋光液的制備方法，按重量％計，將無機堿0.05-1.5%，加入去離子水稀釋至完全溶解，邊攪拌邊加入0.05-0.5%的有機堿混合后作為pH調(diào)節(jié)劑；取44-89.65%的去離子水，邊攪拌邊加入納米Si02水溶膠，隨后邊攪拌邊依次加入0.05-1 %的活性劑，0.1-1%的螯合劑，0.1-2% pH調(diào)節(jié)劑。
[0008]所述活性劑為FA/0 I 型非離子表面活性劑、0n-7 ((C10H21-C6H4-0-CH2CH20) 7_H)、0Xj-10 ( (c1qh2「c6h4-o-ch2ch2o) 10-h) >0-20 (c12_18h25_37-c6h4-o-ch2ch2o) 70-h)、或 jfc 的一種或幾種混合。
[0009]所述pH調(diào)節(jié)劑的pH值為9-13。
[0010]所述pH調(diào)節(jié)劑中的無機堿包括KOH、NaOH的一種或兩種混合；有機堿包括羥乙基二胺、三乙醇胺、四羥基乙二胺或四羥乙基乙二胺的一種或幾種混合。
[0011]所述的螯合劑為FA/0 II型螯合劑。
[0012]所述藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液的循環(huán)使用方法，其特征是:依據(jù)隨拋光次數(shù)的增加去除速率逐漸降低的規(guī)律，根據(jù)工藝要求去除的厚度設(shè)定拋光時間，當去除速率達不到工藝要求值時，拋光液停止循環(huán)使用；具體拋光液循環(huán)使用的實施步驟為，取制備好的拋光液10Kg，拋光液流量100g/min-300g/min，拋光壓力(MX 2MPa，拋光轉(zhuǎn)速40_60rpm，拋光溫度30-40°C，當拋光速率小于等于1.5微米/小時，拋光液停止循環(huán)使用。
[0013]本發(fā)明中采用技術(shù)的作用為:拋光液采用復(fù)合堿的形式，無機堿的強堿性可有效提高拋光去除速率，多羥基有機堿通過不斷釋放羥基而保障拋光液pH的穩(wěn)定性，從而保障循環(huán)拋光過程中拋光液的化學作用；采用表面活性劑，可使拋光產(chǎn)物處于易移除的物理咐附狀態(tài)，有利于表面沾污物的去除，減少損傷；采用螯合劑可有效去除拋光系統(tǒng)中沾污的金屬離子，同時可起緩沖作用。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明為實現(xiàn)LED襯底材料藍寶石晶體的低成本、高效率表面加工奠定了基礎(chǔ)。尤其是，
[0015]1.拋光液采用堿性pH調(diào)節(jié)劑、高濃度低硬度磨料、表面活性劑、螯合劑為主要成分，并采用循環(huán)使用的方法，可提高拋光效率，改善表面粗糙度，對設(shè)備無腐蝕，同時可大大降低成本；
[0016]2.選用復(fù)合堿，無機強堿可有效提高拋光去除速率，有機堿可通過不斷釋放羥基保障拋光液pH的穩(wěn)定性，即保障拋光液持久的化學作用；
[0017]3.選用表面活性劑可使拋光表面吸附物處理易清洗的物理吸附狀態(tài)，有利于表面沾污物的去除，同時減少損傷層，提聞晶片表面質(zhì)量的均勻性；
[0018]3.選用的螯合劑可與對晶片表面殘留的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成可溶性的大分子螯合物，在較小作用下即可脫離晶片表面，同時又可起緩沖作用；
[0019]4.選用拋光認循環(huán)使用的方法，在保證拋光質(zhì)量的情況下，可以大大降低成本。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合較佳實施例詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]實施例1
[0022]配制10kg藍寶石襯底的復(fù)合堿拋光液并進行循環(huán)拋光使用
[0023]取5000g粒徑15nm Si02水溶膠，邊攪拌邊加入到去離子水4775g中，之后邊攪拌邊分別加入FA/0 I型表面活性劑5g，加入FA/0 II型螯合劑10g，再加入pH調(diào)節(jié)劑將pH值調(diào)節(jié)到9。其中pH調(diào)節(jié)劑是取KOH 9g用200g去離子水稀釋，取lg四羥乙基乙二胺，邊攪拌邊加入到Κ0Η水溶液中充分混合后作為復(fù)合堿pH調(diào)節(jié)劑。攪拌均勻后進行循環(huán)拋光，每次循環(huán)時間1小時，考查每次循環(huán)去除速率的變化。壓力:0.08Mpa ;轉(zhuǎn)速:40rpm ;流量:100ml/min。結(jié)果為:循環(huán)第一個小時去除速率4.02 μ m/h，循環(huán)第二個小時去除速率2.89 μ m/h,循環(huán)第三個小時去除速率1.59 μ m/h。
[0024]實施例2
[0025]配制10kg藍寶石襯底的復(fù)合堿拋光液并進行循環(huán)拋光使用
[0026]取2500g粒徑150nm Si02水溶膠，然后邊攪拌邊加入到去離子水7100g中，之后邊攪拌邊分別加入FA/0 I型表面活性劑50g，加入FA/0 II型螯合劑50g，再加入pH調(diào)節(jié)劑pH值調(diào)節(jié)到11.5。其中pH調(diào)節(jié)劑是取KOH 80g用200g去離子水稀釋，取20g三乙醇胺邊攪拌邊加入到Κ0Η水溶液中充分混合后作為pH調(diào)節(jié)劑。
[0027]攪拌均勻后進行循環(huán)拋光，每次循環(huán)時間1小時，考查每次循環(huán)去除速率的變化。壓力:0.12Mpa ;轉(zhuǎn)速:60rpm ;流量:300ml/min。結(jié)果為:第一次循環(huán)去除速率5.23 μ m/h,第二次循環(huán)去除速率3.88 μ m/h,第二次循環(huán)去除速率1.98 μ m/h。
[0028]實施例3
[0029]配制10kg藍寶石襯底的復(fù)合堿拋光液并進行循環(huán)拋光使用
[0030]取5000g粒徑80nm Si02水溶膠，邊攪拌邊加入到去離子水5000g中，之后邊攪拌邊分別加入FA/0 I型表面活性劑100g，F(xiàn)A/0 II型螯合劑100g，pH調(diào)節(jié)劑pH值調(diào)節(jié)到13。其中pH調(diào)節(jié)劑是取KOH 150g，用200g去離子水稀釋，取50g四羥乙基乙二胺，邊攪拌邊加入到Κ0Η水溶液中充分混合。攪拌均勻后進行循環(huán)拋光，每次循環(huán)時間1小時，考查每次循環(huán)去除速率的變化。壓力:0.2Mpa ;轉(zhuǎn)速:60rpm ;流量:200ml/min。結(jié)果為:第一次循環(huán)去除速率6.56 μ m/h,第二次循環(huán)去除速率4.15 μ m/h,第三次循環(huán)去除速率2.67 μ m/h。
[0031]所述FA/0 I型表面活性劑和FA/0 II型螯合劑為天津晶嶺微電子材料有限公司市售商品。所述磨料為市售不同粒徑的納米Si02水溶膠磨料。
[0032]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:其主要組成按重量％計，包括重量濃度2-50wt%以及粒徑15-150nm的納米Si02水溶膠10-50%、活性劑0.05-1 %，螯合劑0.1-1%, pH調(diào)節(jié)劑0.1-2%, pH調(diào)節(jié)劑為無機堿和有機堿的混合物構(gòu)成復(fù)合堿，所述無機堿 0.05-1.5%，有機堿 0.05-0.5%o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:所述復(fù)合堿拋光液的制備方法，按重量％計，將0.05-1.5%的無機堿加入去離子水稀釋至完全溶解，邊攪拌邊加入0.05-0.5%的有機堿混合后作為pH調(diào)節(jié)劑；取44-89.65%的去離子水，邊攪拌邊加入10-50%納米Si02水溶膠，隨后邊攪拌邊依次加入0.05-1%的活性劑，0.1-1%的螯合劑，0.1-2% pH調(diào)節(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:所述活性劑為FA/O I 型非離子表面活性劑、On-7 ((C10H21-C6H4-0-CH2CH20)「Η)、0Π-10 ((C1QH2「C6H4-0_CH2CΗ20) 10-Η)、0-20 (C12_18H25_37-C6H4-0_CH2CH20) 70-Η)、或 JFC 的一種或幾種混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:所述pH調(diào)節(jié)劑的pH值為9-13。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:所述pH調(diào)節(jié)劑中的無機堿包括KOH、NaOH的一種或兩種混合；有機堿包括羥乙基二胺、三乙醇胺、四羥基乙二胺或四羥乙基乙二胺的一種或幾種混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液，其特征是:所述的螯合劑為FA/0 II型螯合劑。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述藍寶石襯底材料的復(fù)合堿拋光液的循環(huán)使用方法，其特征是:依據(jù)隨拋光次數(shù)的增加去除速率逐漸降低的規(guī)律，根據(jù)工藝要求去除的厚度設(shè)定拋光時間，當去除速率達不到工藝要求值時，拋光液停止循環(huán)使用；具體拋光液循環(huán)使用的實施步驟為，取制備好的拋光液10Kg，拋光液流量100g/min-300g/min，拋光壓力0-0.2MPa，拋光轉(zhuǎn)速40-60rpm，拋光溫度30_40°C，當拋光速率小于等于1.5微米/小時，拋光液停止循環(huán)使用。
【文檔編號】H01L21/306GK104449403SQ201410779195
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】牛新環(huán), 高寶紅, 孫鳴, 王如, 王娟, 劉玉嶺 申請人:河北工業(yè)大學