一种蓝宝石抛光组合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种蓝宝石抛光组合物及其用途，所述抛光组合物至少包括以下质量百分比的组分：硅溶胶20％～40％、速率促进剂0.01％～2％、增稠剂0.5％～5％、润湿剂为0.01％‑2％、pH调节剂1％‑5％、余量为水。本发明专利技术提供的抛光液通过在硅溶胶中加入增稠剂，使体系的粘度有所增加，体系粘度的增加提高了抛光液与蓝宝石晶片之间的摩擦力，从而在一定程度上提高了蓝宝石晶片的抛光速率，在添加合适量增稠剂后去除速率最高可达5.4μm/h，表面粗糙度为0.302nm。

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石抛光组合物及其应用
本专利技术涉及蓝宝石平坦化技术，特别是涉及一种蓝宝石的抛光组合物。
技术介绍
单晶蓝宝石(主要成分为α-Al2O3)，因其优良的机械性能、介电性能、化学稳定性、热传导性和高表面平滑度等特点而被广泛应用于军事、航天、信息、光学、超导等
，成为制备高温超导薄膜、红外光学材料、微电子器件等的最优质基片和衬底材料。现如今，无论是军用高性能红外探测器的蓝宝石窗口，还是氮化镓基蓝色LED及激光二极管的衬底，其表面加工质量(如表面粗糙度、微裂纹、划痕、位错)和加工精度，对材料外延生长质量和器件性能都有至关重要的影响。由于蓝宝石材料硬度极高(莫氏硬度达到9，仅次于金刚石)、脆性大，是典型的难加工材料。因此，为了满足国防尖端技术和电子信息制造业的重大需求，实现蓝宝石高效超精密加工制造便显得至关重要。化学机械抛光(CMP)是结合化学抛光和机械抛光而对材料表面进行加工的一种技术。在机械抛光的基础上根据抛光材质加入相应的化学添加剂从而达到增强抛光效率或者改善抛光表面的效果。化学机械抛光是迄今为止惟一可以在集成电路衬底大规模生产中应用的全局平坦化方法。抛光质量的好坏直接影响蓝宝石、陶瓷以及不锈钢的抛光良率以及下道工艺的良率。在化学机械抛光中，抛光液是直接影响抛光效果的因素之一。专利CN109111857A中通过添加硅烷偶联剂和增稠剂的作用，提高抛光液和抛光垫的接触角和抛光液在抛光垫上面的停留时间，从而实现对弧面的抛光。但该专利中通过添加乳化剂和硅烷偶联剂两者的协同作用，来增大表面张力，提高与蓝宝石的接触角，对抛光液在蓝宝石上面的铺展是不利的，在一定程度上影响了抛光速率的提升；同时，该专利没有揭示抛光液中添加增稠剂以增加体系的粘度对抛光速率的具体影响。目前，抛光液应用厂商希望抛光液在保证抛光质量的同时尽可能地提高抛光速率，提高抛光速率对企业而言既提升了效率，又能降低成本。因此亟需开发出一款抛光速率快，表面质量高的蓝宝石抛光液。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种蓝宝石抛光组合物，这种抛光组合物抛光速率快，被抛光对象抛光后的表面粗糙度小于0.5nm，表面能实现超光滑的镜面效果。本专利技术的另一目的在于提供这种蓝宝石抛光组合物在蓝宝石衬底化学机械抛光中的应用。为实现上述技术效果，本专利技术采用如下的技术方案：一种蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述蓝宝石抛光组合物包括以下重量百分比的组分，以抛光组合物总质量计：余量为水。在一个具体的实施方案中，所述的硅溶胶的粒径范围为30～200nm；优选地，所述的硅溶胶的粒径范围为80～120nm。在一个具体的实施方案中，所述的速率促进剂选自氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或硼酸盐中的任一种或几种。在一个具体的实施方案中，所述的增稠剂选自羟乙基纤维、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、果胶或膨润土中的任一种或几种。在一个具体的实施方案中，所述的pH调节剂选自乙二胺、羟乙基乙二胺或四甲基氢氧化铵中的任一种或几种。在一个具体的实施方案中，所述的蓝宝石抛光组合物的pH值范围为7～12；优选地，所述的蓝宝石抛光组合物的pH值范围为9～11。在一个具体的实施方案中，所述的润湿剂选自聚乙二醇400、聚乙二醇600、甘油中的任一种或几种。本专利技术的另一方面，前述的蓝宝石抛光组合物，用于蓝宝石、陶瓷或不锈钢衬底的化学机械抛光。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：(1)本专利技术的抛光组合物通过添加润湿剂，降低了硅溶胶自身容易结晶的情形；通过添加一定量的增稠剂使抛光液的粘度有所增加，提高了硅溶胶颗粒与蓝宝石晶片的摩擦力，也延长了速率促进剂在蓝宝石晶片上的停留时间，通过提高摩擦力和增加速率促进剂在蓝宝石晶片上停留时间的两者协同作用，从而明显的提高了抛光速率。(2)本专利技术的抛光组合物在不加入乳化剂和硅烷偶联剂等的情况下，通过润湿剂、增稠剂和速率促进剂之间的整体协同促进作用，就能提高蓝宝石晶片的抛光速率，在添加合适量增稠剂的情况下，去除速率最高可达5.1μm/h，表面粗糙度为0.302nm。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，下面的实施例将对本专利技术所提供的方法予以进一步的说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术的权利要求范围内其他任何公知的改变。所述蓝宝石抛光组合物，以抛光组合物总质量计，包括以下重量百分比的组分：硅溶胶20％-40％，速率促进剂0.01％-2％，增稠剂0.5％-5％，润湿剂0.01％-2％，pH调节剂1％-5％，余量为水；整个抛光组合物的pH为7-12。在一个优选的实施方案中，所述蓝宝石抛光组合物，以抛光组合物总质量计，包括以下重量百分比的组分：硅溶胶20％-30％，速率促进剂0.3％-0.8％，增稠剂1％-3％，润湿剂0.6％-1％，pH调节剂1％-5％，余量为水；整个抛光组合物的pH为9-11。所述硅溶胶为二氧化硅在水中的分散液，例如可以将市面购买的质量分数为40％的硅溶胶稀释得到20％～40％的硅溶胶，本专利技术的硅溶胶百分比20％～40％，是以抛光组合物总质量为基准。所述抛光液磨料硅溶胶的粒径及其重量百分比会影响抛光速率和表面质量。其中，二氧化硅磨料的重量百分比应在合适的范围内，随着磨料的重量百分比增大，抛光去除率增加，但是其重量百分比不能过大，过大后会导致抛光液的粘度过大，流动性变差。本专利技术的所述硅溶胶的含量为20％～40％，例如10％、20％、30％、40％，也可以是15％、25％、35％等等，但不限于此。另一方面，所述硅溶胶磨料的粒度为30nm-200nm。所述粒度通常是指磨料的平均粒度，优选所述磨料的中位数粒度为80nm-120nm。其中，所述硅溶胶磨料的制备方法没有特别的限制，例如可以通过离子交换法制备的，也可通过单质硅法制备。在本专利技术的抛光组合物体系中，在润湿剂、增稠剂和速率促进剂的共同作用下，选用粒度为30nm-200nm，优选为80nm-120nm的硅溶胶磨料，硅溶胶占比20％-40％，优选20％-30％，此种工艺条件下的抛光速率快，抛光得到的衬底表面粗糙度低。作为所述速率促进剂，例如可以选自氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐、或者硼酸盐中的至少一种，常见的，例如相应的钠盐、钾盐等，但不限于此，例如还可以为碱土金属。实际上，只要方便后续的清洗，不会残留影响衬底质量即可。进一步地，速率促进剂优选为氯化盐，如氯化钠、氯化钾。当速率促进剂用量占比为0.01％-2％时，优选0.3％-0.8％时，在增稠剂的协同作用下，延长了速率促进剂在蓝宝石晶片上的停留时间，从而起到促进抛光提升抛光速率的效果。作为所述的增稠剂，例如选自羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、果胶、膨润土等中的一种或几种。进一步地，增稠剂优选为羟乙基纤维素、羟甲基纤维素或聚丙烯酸。当增稠剂用量占比为0.5％～5％时，优选1％-3％时，可以使抛光液的粘度适当增加，例如粘度调整为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述蓝宝石抛光组合物包括以下重量百分比的组分，以抛光组合物总质量计：/n

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述蓝宝石抛光组合物包括以下重量百分比的组分，以抛光组合物总质量计：





2.根据权利要求1所述的蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述的硅溶胶的粒径范围为30～200nm。


3.根据权利要求2所述的蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述的硅溶胶的粒径范围为80～120nm。


4.根据权利要求1所述的蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述的速率促进剂选自氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或硼酸盐中的任一种或几种。


5.根据权利要求1所述的蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述的增稠剂选自羟乙基纤维、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、果胶或膨润土中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓坤，王庆伟，卞鹏程，
申请(专利权)人：万华化学集团电子材料有限公司，万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37