一种研磨液、其制备方法及应用与流程

1.本发明涉及研磨液技术，尤其涉及一种研磨液、其制备方法及应用。


背景技术：

2.随着技术的进一步发展，第二代半导体由于其物理性质的制约，在温度更高、频率更快以及辐射更强的环境下，其性能受到很大的限制，而且由于禁带宽度较小，发射光最多只能达到红光波段。因此，以氮化镓(gan)为代表的第三代半导体材料应运而生。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，使其覆盖整个可见光谱，可制作蓝、绿、紫发光二极管和半导体激光器；另外还具有更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率以及抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射以及大功率器件。
3.由于gan制备工艺的限制，gan材料的表面质量较差，并且目前应用最多的都是在异质外延氮化镓上生长的gan材料，由于二者的晶格失配和热膨胀系数的差异，生长出来的gan表面更加粗糙并且出现大量晶格缺陷。
4.目前公开了一些gan研磨液与研磨方法，例如：
5.cn106244022a公开了用于氮化镓半导体晶片的研磨液及其制备方法，以重量份计，该研磨液包括：磨料2～3份，磷钼酸钠0.5～1.5份，增稠剂0.5～1份，分散剂0.5～2份，ph调节剂0.5～1.5份，螯合剂1～2份，表面活性剂5～10份，去离子水10～20份；其中，磨料的平均粒径为0.6～0.8μm，是由氧化锆、氧化铝和氧化铈组成的，三者重量比为1:2～3:1.5～2。
6.cn111919286a公开了镓化合物系半导体基板的研磨中使用的研磨用组合物。该研磨用组合物包含二氧化硅磨粒、具有磷酸基或膦酸基的化合物cpho、及水。还公开了镓化合物系半导体基板的研磨方法，包括用包含磨粒a1及水的浆料s1进行研磨的第一研磨工序，和用包含磨粒a2及水的浆料s2进行研磨的第二研磨工序。
7.上述gan研磨液和研磨方法均不同程度的存在移除率低、划痕较深、粗糙度较高的问题。因此，开发一种安全、环保、高效、对氮化镓衬底无腐蚀的研磨液，对提高gan的加工效率，表面质量、消除深划痕，提高gan器件性能是至关重要的。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于，针对传统gan研磨液移除率低、划痕较深、粗糙度较高的问题，提出一种研磨液，该研磨液安全、环保、高效，用其研磨的氮化镓具有高移除率以及表面粗糙度低、划痕数量少的高表面质量。
9.需要注意的是，在本发明中，除非另有规定，涉及组成限定和描述的“包括”的具体含义，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由
…
组成”等及其类似含义。
10.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种研磨液，包括重量配比如下的各组分：
[0011][0012]
所述溶剂为矿物油类和/或烷烃类溶剂的混合物。
[0013]
进一步地，所述溶剂为润滑性较好的矿物油类和烷烃类溶剂的混合物。润滑性是其物质本身的化学组成决定为物质的固有性质，一般来说烷烃的润滑性最差，芳香烃以及环烷烃润滑性较好，矿物油主要为环烷烃以及芳香烃的混合物。
[0014]
进一步地，所述矿物油类与烷烃类溶剂的质量比为1-6:1。
[0015]
进一步地，所述矿物油类与烷烃类溶剂的质量比优选为2-3:1。
[0016]
进一步地，所述矿物油类为白油、石蜡油和聚α烯烃合成油中的一种或几种。
[0017]
进一步地，所述白油为3#白油、5#白油、10#白油和15#白油中的一种或几种。
[0018]
进一步地，所述聚α烯烃合成油为pao2、pao4、pao5、pao8和pao10中的一种或几种。
[0019]
进一步地，所述烷烃类溶剂为c8-c14烷烃。
[0020]
进一步地，所述c8-c14烷烃为辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷和十四烷中的一种或几种。
[0021]
进一步地，所述溶剂优选聚α烯烃合成油和c8-c14烷烃。
[0022]
进一步地，所述溶剂最优选为pao8和十二烷。
[0023]
进一步地，所述pao8与十二烷的质量比为1-6:1。
[0024]
进一步地，所述pao8与十二烷的质量比优选2-3:1。
[0025]
进一步地，所述pao8与十二烷的质量比最优选3:1。
[0026]
进一步地，所述溶剂为70-80份。
[0027]
进一步地，所述分散剂为非离子型分散剂。
[0028]
进一步地，所述分散剂优选溶剂型分散剂。
[0029]
进一步地，所述分散剂更优选为长链溶剂型分散剂。
[0030]
进一步地，所述长链溶剂型分散剂为多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物、聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或几种。
[0031]
进一步地，所述多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物的分子量为10
3-107。
[0032]
进一步地，所述多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物的分子量优选为10
4-106。
[0033]
进一步地，所述聚丙烯酸酯的分子量为10
4-106。
[0034]
进一步地，所述聚丙烯酸酯的分子量优选为10
4-105。
[0035]
进一步地，所述聚氨酯的分子量为10
4-106。
[0036]
进一步地，所述聚氨酯的分子量优选为10
4-105。
[0037]
进一步地，所述分散剂更优选为聚丙烯酸酯。
[0038]
进一步地，所述分散剂为2-4份。
[0039]
进一步地，所述润湿剂为能够明显降低表面张力的表面活性剂。
[0040]
进一步地，所述润湿剂为非离子型表面活性剂。
[0041]
进一步地，所述非离子型表面活性剂为聚氧乙烯酰胺、聚氧乙烯蓖麻油、山梨醇月桂酸酯、单甘酯和二乙醇酰胺中的一种或几种。
[0042]
进一步地，所述聚氧乙烯酰胺的分子量为1000-5000。
[0043]
进一步地，所述聚氧乙烯蓖麻油的分子量为5000-10000。
[0044]
进一步地，所述润湿剂优选二乙醇酰胺。
[0045]
进一步地，所述润湿剂为1-3份。
[0046]
进一步地，所述螯合剂为可溶于溶剂的螯合剂。
[0047]
进一步地，所述螯合剂为含有两个或两个以上配位原子的配位体。
[0048]
进一步地，所述螯合剂为柠檬酸单甘油酯、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四羧酸(dota)、dota-三叔丁酯-马来酰亚胺和dota-三叔丁酯-叠氮中的一种或几种。
[0049]
进一步地，所述螯合剂优选dota。
[0050]
进一步地，所述螯合剂为2-4份。
[0051]
进一步地，所述磨料为金刚石磨料。
[0052]
进一步地，所述磨料为多晶金刚石磨料、类多晶金刚石磨料、聚晶金刚石磨料和单晶金刚石磨料中的一种或几种。
[0053]
进一步地，所述磨料优选多晶金刚石。
[0054]
进一步地，所述磨料粒径范围3-8μm。
[0055]
进一步地，所述磨料粒径优选为5-6μm。
[0056]
多晶金刚石磨料具有韧性和自锐性，在研磨过程中粗颗粒会破碎成更小的颗粒，呈现出更多的锋利表面，不仅移除率高，而且对表面的研磨更柔和，避免对研磨衬底表面造成划伤，既保证了衬底表面质量，又提高了研磨效率。
[0057]
进一步地，所述磨料为0.5-0.8份。
[0058]
本发明的另一个目的还公开了一种研磨液的制备方法，包括以下步骤：
[0059]
步骤1：按照重量配比称取各组份；
[0060]
步骤2：将溶剂和螯合剂混合搅拌；
[0061]
步骤3：在上述溶液中加入分散剂和润湿剂并搅拌；
[0062]
步骤4：在上述溶液中加入金刚石磨料并搅拌，制备得到研磨液。
[0063]
进一步地，步骤2中搅拌条件为：在500-800rpm，25-30℃搅拌5-10min。
[0064]
进一步地，步骤3中搅拌条件为：在500-800rpm，25-30℃搅拌5-10min。
[0065]
进一步地，步骤4中搅拌条件为：在500-800rpm，25-30℃搅拌30-60min。
[0066]
本发明的另一个目的还公开了一种研磨液在氮化镓、碳化硅、砷化镓或磷化铟等研磨领域的用途，尤其是氮化镓研磨领域的用途。
[0067]
本发明的另一个目的还公开了一种研磨液在氮化镓研磨领域的应用。
[0068]
进一步地，采用研磨液研磨氮化镓的方法，包括如下步骤：
[0069]
步骤1：将氮化镓片(4寸)称重(精确到小数点后4位)后，粘在陶瓷盘上，放置到研磨机进行研磨，研磨条件：转速80r/min；压力：30kg；时间：900s；流量：4ml/min；
[0070]
步骤2：研磨完毕后，加热将氮化镓片取下，用乙醇将蜡清洗干净后，用纯水清洗两次，自然晾干，称重(精确到小数点后4位)；
[0071]
步骤3：使用公式mrr＝δm/ρts计算移除率。其中，δm为两次称重的差值(g)，ρ为氮化镓密度(g/cm3)，t为研磨时间(min)，s为氮化镓片的面积。
[0072]
本发明一种研磨液、其制备方法及应用，与现有技术相比较具有以下优点：
[0073]
1、本发明采用的聚α烯烃合成油具有良好的润滑性，可以有效减少研磨过程中的摩擦系数，从而减少深划痕的产生，且在较宽的温度范围内能够保持良好的热稳定性以及化学稳定性，在整个研磨过程中，不会因外界环境的变化而改变性能；聚α烯烃合成油粘度适中，在具有良好悬浮性的同时，能够保证研磨液体系的流动性，但其与润湿剂的互溶性较差，本发明将聚α烯烃合成油与c8-c14烷烃(尤其是十二烷)以特定比例混合后，与润湿剂的互溶性显著提升，研磨液澄清透明，有效提高了研磨液体系的稳定性。
[0074]
2、本发明使用高分子分散剂，利用其较大的空间位阻，引起较大的空间阻碍，有效阻止磨料之间的团聚趋势，提高了研磨液的分散稳定性，有利于进一步降低研磨后的表面粗糙度。
[0075]
3、本发明利用润湿剂二乙醇酰胺没有浊点的特性，温度升高时不易析出，具有更高的稳定性，且具有防锈作用，可有效防止研磨铜盘生锈。
[0076]
4、本发明引入的螯合剂，通过络合衬底表面的离子，将离子以可溶物的形式带出研磨接触区域，既可以减少缺陷的产生，也可以提高移除率，增强了研磨过程中的化学作用，当化学作用与机械作用平衡时，可最大限度的减少深划痕的产生，同时dota是一种十二元四氮杂大环有机四齿配体，可与多种离子形成稳定螯合物。
[0077]
5、该研磨液的研磨性能优良，减少了深划痕的数量，降低粗糙度，可有效提高该工序的良品率，对氮化镓衬底无腐蚀，且环保无污染，挥发损耗小，对环境和人体无伤害。
[0078]
因此，本发明的研磨液在半导体芯片研磨领域具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。
附图说明
[0079]
图1为对比例1制备的研磨液研磨后的氮化镓衬底的中心位置放大20倍后显微镜图片；
[0080]
图2为实施例1制备的研磨液研磨后的氮化镓衬底的中心位置放大20倍后显微镜图片。
具体实施方式
[0081]
以下结合实施例对本发明进一步说明：
[0082]
实施例1-12
[0083]
实施例1-12公开了多种研磨液，其所包含的组分及重量配比如表1所示，其制备方法如下：按照重量配比称取各组份；首先将溶剂和螯合剂混合搅拌；然后加入分散剂和润湿剂并搅拌；最后加入金刚石磨料并搅拌，制备得到研磨液。
[0084]
表1实施例1-12
[0085]
[0086][0087]
对比例1-5
[0088]
对比例1-5公开了多种研磨液，其所包含的组分及重量配比如表2所示，其制备方法与实施例1相同。
[0089]
表2对比例1-5研磨液的组分及重量配比
[0090][0091]
性能测试与说明
[0092]
下面对上述各实施例或对比例的各种性能进行测试，具体如下：
[0093]
图1为对比例1制备的研磨液研磨后的氮化镓衬底的中心位置放大20倍后显微镜图片，从图1可以看出使用对比例1制备的研磨液，研磨氮化镓衬底后出现大量深划痕；图2为实施例1制备的研磨液研磨后的氮化镓衬底的中心位置放大20倍后显微镜图片，从图2可以看出使用实施例1制备的研磨液，研磨氮化镓衬底后，无深划痕。
[0094]
研磨或背面减薄后的氮化镓表面的划痕深度以及数量，对后序工序的加工有着很重要的影响，若研磨后划痕深度过深，有较大概率直接导致废片，因此划痕的深度以及数量是研磨后表面质量的重要指标，主要检测方法为在显微镜下对比划痕灰度，即颜色越深，划痕深度越深。
[0095]
表3为实施例1-12和对比例1-5的测试结果，悬浮性代表了体系停止搅拌后，初次观察到分层的时间；移除率指的是在本发明的氮化镓研磨方法，每分钟氮化镓片减少的厚度；表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度；深划痕数量指的是使用显微镜在同样的放大倍数(本发明在放大20倍的条件下进行测试)下，对比划痕灰度，若灰度明显高于其他划痕，则定义为深划痕，观察深划痕数量。
[0096]
表3实施例1-12和对比例1-5的测试结果
[0097][0098]
其中：
[0099]
性能1悬浮性测试方法为：
[0100]
将研磨液放置于室温下避光保存，并分别考察不同储存时间后的分层情况，从而考察了其稳定性能。
[0101]
性能2移除率的测试方法为：
[0102]
移除率的测试方法包括如下步骤：
[0103]
步骤1：将氮化镓片称重(精确到小数点后4位)后，使用固态或液态蜡粘在陶瓷盘上，冷却至室温后，放置到研磨机进行研磨，测试条件：转速80r/min；压力：30kg；时间：900s；流量：4ml/min；
[0104]
步骤2：研磨完毕后，加热将氮化镓片取下，用乙醇将蜡清洗干净后，用纯水清洗两次，自然完全晾干，称重(精确到小数点后4位)；
[0105]
步骤3：使用公式mrr＝δm/ρts计算移除率。
[0106]
δm为两次称重的差值(g)，ρ为氮化镓密度(g/cm3)，t为研磨时间(min)，s为氮化镓片的面积(cm2)。
[0107]
性能3表面粗糙度的测试方法为：
[0108]
选取氮化镓片四周及其中心，共5个点，使用表面粗糙度仪测试，分别测试5个点的粗糙度，每个点各测3次，取粗糙度平均值。
[0109]
性能4深划痕数量的测试方法为：
[0110]
使用显微镜在同样的放大倍数(本发明在放大20倍的条件下进行测试)观察深划痕数量，分别选取氮化镓片四周及其中心位置进行观察，最后取平均数。
[0111]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种研磨液，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：所述溶剂为矿物油类和/或烷烃类溶剂的混合物。2.根据权利要求1所述研磨液，其特征在于，所述溶剂为矿物油类和烷烃类溶剂的混合物。3.根据权利要求1或2所述研磨液，其特征在于，所述矿物油类为白油、石蜡油和聚α烯烃合成油中的一种或几种。4.根据权利要求1或2所述研磨液，其特征在于，所述烷烃类溶剂为c8-c14烷烃。5.根据权利要求1所述研磨液，其特征在于，所述分散剂为非离子型分散剂。6.根据权利要求1所述研磨液，其特征在于，所述润湿剂为非离子型表面活性剂。7.根据权利要求1所述研磨液，其特征在于，所述螯合剂为含有两个或两个以上配位原子的配位体。8.根据权利要求1所述研磨液，其特征在于，所述磨料为金刚石磨料。9.一种权利要求1-8任意一项所述研磨液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按照重量配比称取各组份；步骤2：将溶剂和螯合剂混合搅拌；步骤3：在上述溶液中加入分散剂和润湿剂并搅拌；步骤4：在上述溶液中加入金刚石磨料并搅拌，制备得到研磨液。10.一种权利要求1-8任意一项所述研磨液在氮化镓、碳化硅、砷化镓或磷化铟研磨领域的应用。

技术总结
本发明提供一种研磨液、其制备方法及应用。本发明研磨液包括重量配比如下的各组分：溶剂60-90份；分散剂1-5份；润湿剂1-5份；螯合剂1-5份；磨料0.1-1份；所述溶剂为矿物油类和/或烷烃类溶剂的混合物。本发明还提供了所述研磨液的制备方法及其在氮化镓、碳化硅、砷化镓或磷化铟磨领域的用途。本发明研磨液安全、环保、高效，用其研磨氮化镓能有效提高氮化镓研磨后表面质量，具有粗糙度低、划痕数量少的高表面质量。表面质量。表面质量。


技术研发人员：侯军 孙西 李传强
受保护的技术使用者：江苏奥首材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/9/7