氧化镓晶片抗解理抛光液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种抛光液，特别设及一种氧化嫁晶片抗解理抛光液及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，氧化嫁（e-Ga203)作为新型氮化嫁（GaN)衬底材料，晶格失配低至 8. 5 %，隶属单斜晶系。该材料禁带宽度为4. 8~4. 9eV，可见光波段透过率大于80 %，最短 透过波长为260nm，基于高亮度L邸对衬底材料的性能要求，其透光性堪与蓝宝石相媳美。 氧化嫁作为n型半导体，在导电性方面与SiC颇为相似。该材料兼具蓝宝石突出的透光性 与碳化娃优良的导电性，且能够通过烙体法进行大尺寸单晶生长，是代替蓝宝石和碳化娃 的理想GaN衬底材料，市场前景广阔。
[0003] 随着高亮、高效LED技术的发展需要，衬底表面抛光技术面临着更为苛刻的要求， 确保晶片表面的高度完整性：表面超光滑、晶体结构完整、无缺陷、无损伤、无变质层，对表 面粗糖度要求达到了亚纳米级。化学机械抛光（CM巧技术是目前获得超光滑无损表面最 为行之有效的措施之一，结合了纳米抛光磨料的机械去除作用和抛光液的化学作用，进而 能够高效、高质量的获取镜面抛光表面。氧化嫁（P-Ga203)作为新兴的光电子材料，只有 少数大公司和科研院所能够对其晶体进行生长，该材料晶片的超精抛光技术，尤其是抛光 液技术，目前掌握于该领域内的核屯、科研机构。氧化嫁晶体材料不但具有传统光电子材料 (如蓝宝石、碳化娃）的硬脆性特征（莫氏硬度为5~6)，抛光过程中极易产生划伤、塌边 等缺陷，而且还具有独特的易解理特性，解理面为100面，对抛光压力、应力集中、溫度极具 敏感性，抛光不仅缓慢，尤其容易产生贯穿解理裂纹、局部解理坑点等缺陷，会对后氧化嫁 晶片的使用造成较大损失。
[0004] 目前主流的碱性娃溶胶抛光液，基本上是利用碱性环境下晶片表面材质发生化学 反应，再经机械去除作用实现晶片抛光加工，然而并没有考虑氧化嫁材料的解理特性，难W 实现晶片表面的无损伤超镜面抛光，因此，对于氧化嫁晶片CMP加工工艺，尤其是专用抗解 理型抛光液的研发，显得尤为迫切！
【发明内容】
阳0化]发明目的：本发明针对在氧化嫁晶片抛光过程中，抛光速率低，成本高，易产生贯 穿解理裂纹、解理坑点、划伤、塌边等问题，提供一种氧化嫁晶片抗解理抛光液及其制备方 法。本发明通过大量实验优选得到的氧化嫁晶片抗解理抛光液，使用方便、制备方法简易， 化学作用强且与机械作用相匹配、抛光效率高，晶片表面质量优异、无缺陷、无损伤、粗糖度 Ra值可达亚纳米级，该抛光液可适用于专业氧化嫁晶片抗解理化学机械抛光，可克服现有 技术的不足。
[0006] 技术方案：为了实现W上目的，本发明所采用的主要技术方案为：
[0007] 一种氧化嫁晶片抗解理抛光液，它由下列重量百分比的原料制成： 阳00引纳米级娃溶胶40 %~60 %，纳米级辅助混合磨料1 %~5 %，抑值调节剂0. 5 %~ 3 %，表面活性剂0.I%~3 %，络合剂0. 05 %~3 %，消泡剂0. 002 %~0. 02 %，杀菌剂 0.OOl%~0. 02%，助清洗剂0.Ol%~0. 1 %，其余的为去离子水。
[0009]作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，它由下列重量百分比的原 料制成：
[0010] 纳米级娃溶胶40 %~50 %，纳米级辅助混合磨料3 %~5 %，抑值调节剂0. 5 %~ 3%，表面活性剂2%~3%，络合剂：1 %~2%，消泡剂：0.Ol%~0. 02%，杀菌剂0.Ol%~ 0. 02%，助清洗剂：0.Ol%~0. 05%，其余的为去离子水。
[0011] 作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的纳米级娃溶胶中二 氧化娃颗粒的重量百分含量为40 %，二氧化娃颗粒粒径为10~15nm，二氧化硅胶团颗粒粒 径《50nm。
[0012] 作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的纳米级辅助混合磨 料为氧化错、氧化铁和氧化姉中一种或它们的混合物；磨料粒径《50nm，平均粒径略大于 二氧化娃颗粒的粒径；所述的纳米级辅助混合磨料的莫氏硬度为5. 5~6. 5。纳米级辅助 混合磨料的莫氏硬度均低于二氧化娃（Si〇2)的莫氏硬度7,与氧化嫁（e-Ga2〇3)的莫氏硬 度5~6更为接近。
[0013]作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的抑值调节剂为无机 碱抑值调节剂和有机碱抑值调节剂按重量比1 :1~5组成，无机碱抑值调节剂为氨氧化 钟，有机碱抑值调节剂为乙醇胺，乙二胺，S乙胺或S乙醇胺中的任意一种或多种的混合 物，本发明通过大量实验筛选抑值调节剂的组成，其中有机碱均不含金属离子，有机胺碱 不仅能够调节抛光液的抑值，而且有稳定抛光液抑值的效用，及充当部分络合剂的作用。
[0014]作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的表面活性剂为辛基 酪聚氧乙締酸、壬基酪聚氧乙締酸、脂肪醇聚氧乙締酸、脂肪酸聚氧乙締酸、聚氧乙締脱水 山梨醇单油酸醋和硬脂酸甲醋聚氧乙締酸中的任意一种或多种的混合物。本发明通过大量 实验筛选出聚氧乙締型非离子表面活性剂，从而可减少外来金属离子对抛光晶片造成的 二次污染。
[0015]作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的络合剂为乙二胺四 乙酸二钢或乙二胺四乙酸四钢，属于氨基簇酸盐类络合剂，络合能力强、耐碱性较好。
[0016]作为优选方案，W上所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液，所述的消泡剂为聚二甲基 硅氧烷；杀菌剂为异嚷挫嘟酬；助清洗剂为异丙酬。
[0017]本发明所述的氧化嫁晶片抗解理抛光液的制备方法，其包括W下步骤：
[001引 （1)W纳米级娃溶胶溶液为母液，按权利要求1或2的重量百分含量，将纳米级辅 助混合磨料加入纳米级娃溶胶母液中，并注入部分去离子水，充分揽拌，形成W纳米级娃溶 胶为母液的混合稀释溶液，静置、冷却至室溫，备用；
[0019] 似在揽拌的条件下，按权利要求1或2的重量百分含量，将表面活性剂、络合剂、 消泡剂、杀菌剂、助清洗剂，及部分重量份额的抑值调节剂加入到剩余的去离子水中，充分 揽拌，待各组分试剂充分溶解于去离子水中后，得混合水溶液，静置、冷却至室溫，备用；
[0020] 做将步骤似得到的混合水溶液缓慢加入到步骤（1)得到的W纳米级娃溶胶为 母液的混合稀释溶液中，流量控制在100~150ml/min，边加边揽拌，完全加入后，再充分揽 拌20~40min，得到混合均匀的准抛光液；
[oow(4)最后将剩余重量份额的抑值调节剂在揽拌的条件下，缓慢滴加到步骤做得 到的准抛光液中，控制抛光液的抑值在9. 0~12. 5的范围W内，充分揽拌混合均匀后，得 到氧化嫁晶片抗解理抛光液。
[0022] 本发明通过大量实验筛选得到的氧化嫁晶片抗解理抛光液，抗解理抛光液中纳米 级娃溶胶作为抛光磨料，主要为实现CMP过程的机械摩擦作用，从而实现氧化嫁晶片表面 材料的机械去除。较大粒径的纳米级辅助混合磨料主要作用于抛光初始阶段，该阶段目的 在于去除晶片表面研磨加工时残留的表面微裂纹、应力损伤层等缺陷结构。由于众多缺陷 损伤的存在，该阶段抛光加工过程中极易导致解理缺陷的产生，而纳米级辅助混合磨料中 氧化错狂r〇2)、氧化铁灯1化）和氧化姉（Ce〇2)的硬度均低于二氧化娃（Si化)，与氧化嫁 (0-Ga2〇3)晶片表面的硬度相当接化部分纳米级辅助混合磨料的硬度甚至略低于氧化嫁， 因此，较大粒径纳米级辅助混合磨料的存在，可减少抛光初期对残留缺陷产生的力学扩展 作用，可有效避免氧化嫁晶片抛光过程中解理缺陷的产生。随着抛光加工进行到中后期，较 大粒径的纳米级辅助混合磨料碎裂成较小粒径，此时硬度略高、粒径较小的纳米级二氧化 娃磨粒参与到抛光加工机械去除作用中，由于该阶段主要缺陷层已被去除，晶片表面应力 状况得到改善，且抛光磨料粒径进一步减小，硬度略高的二氧化娃磨料不会对抛光加工产 生负面效果，反而可提高抛光效率。
[0023] 氧化嫁晶片抗解理