[发明专利]水基6H-SiC单晶衬底化学机械抛光液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明及光电子加工中的化学机械抛光技术，属于晶体材料加工技术领域。特别涉及一种6H-SiC单晶片全局平面化的化学机械抛光液及其制备方法。

背景技术

导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。半导体照明器件的核心是发光二极管(LED，Light Emitting Diode)，LED的心脏是一个半导体芯片。目前，制造LED芯片的核心技术是在衬底上制作氮化镓(GaN)基的外延片，这种LED被称为GaN基LED，广泛用于半导体照明。当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底材料，目前只有两种，即蓝宝石(Al₂O₃)和碳化硅(SiC)衬底。其它诸如GaN、Si、ZnO衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离。

新型的半导体材料SiC单晶衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光、特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率等特性，成为制作高温、高频、大功率、抗辐射、短波长发光及光电集成器件的理想衬底材料，成为国际上半导体照明、微电子、光电子及新材料领域研究的热点。目前，SiC是除了Al2O3衬底外用于氮化镓(GaN)外延的主要商品化衬底材料，在市场上的占有率位居第二。由于SiC衬底有益的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaN基LED器件的散热问题，故在半导体照明技术领域占重要地位。SiC单晶基片已成为半导体照明领域中不可或缺的衬底材料。

SiC有250多种多型体，只有6H-SiC和4H-SiC具有商用价值。目前SiC的外延衬底为6H-SiC、4H-SiC。

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，LED灯不含铅和汞等有害物质，无频闪，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。采用LED照明可大幅减少电力需求，进一步减少温室气体排放。世界很多国家和地区纷纷出台政策，扶持半导体照明产业的发展。根据理论预期，半导体照明发光效率可以达到400lm/W左右，是节能灯预期效率的3-4倍。按照技术发展预期，如果半导体照明光源的发光效率达到200lm/W以上，并取代传统照明光源，则至少可使我国的照明用电每年节省1/3以上。按照当前的照明用电量计算，每年节电近1000亿度，超过三峡工程的全年发电量，并减少二氧化碳排放1亿多吨。

SiC基器件的使用性能和制造成本是制约微电子、光电子等产业发展重要因素，而器件的使用性能与SiC单晶基片表面加工质量密切相关，因此，如何高精度、高质量、高效率和低成本地实现SiC单晶基片超光滑无损伤表面的加工已成为超精密加工技术领域的前沿性研究课题。目前，SiC单晶基片的加工主要沿用晶体基片传统加工工艺：内圆锯切片、游离磨料研磨和化学机械抛光(CMP)，化学机械抛光已被证明是最好的超光滑无损伤表面平坦化方法。LED衬底技术一直被日本和美国所垄断，在全球范围至今只有少数国外的研究机构和几个半导体公司掌握SiC单晶的生长、加工技术。现公开的专利文献和非专利文献没有这方面的报道。

发明内容

本发明的目的是针对半导体照明及光电子加工中的SiC单晶片化学机械抛光技术中存在的技术问题，提供一种去除率高、无损伤、污染小的半导体照明用SiC单晶片化学机械抛光液及其制备方法，该抛光液也可用于其它硬脆材料的化学机械抛光。

本发明的技术解决方案如下：

半导体照明领域SiC单晶衬底超光滑无损伤化学机械抛光液的组成成分重量百分比如下：

磨料选用纳米SiO₂水溶胶、Al₂O₃及纳米金刚石微粉，平均粒径是10～250nm；

分散稳定剂为聚乙烯醇、聚丙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种或三种的混合物，按重量百分比计，其在抛光液中的总浓度为0.05～15％；

化学添加剂为1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、乙醇胺、三乙醇胺、1，3-丁二醇、过氧化氢中的一种或两种或三种的混合物，按重量百分比计，其在抛光液中的总浓度为0.05～25％；

润滑剂为一种球形纳米粉末，其粒径为1～5nm，其在抛光液总量的0.001～5％；

PH调节剂为氨水、乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二羟乙基乙二胺、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上的混合物，其在抛光液总量的0.001～2％；

去离子水电阻率大于15MΩ·cm。

制备方法：