[发明专利]用于氮化镓材料的研磨组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研磨组合物及其制备方法，更具体地涉及一种用于氮化镓材料的研磨组合物及其制备方法，属于高性能晶片的加工领域。

背景技术

氮化镓是一种具有较大禁带宽度的半导体，其是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。以氮化镓为代表的第三代半导体材料具备特有的带隙范围、优良的光和电学性质以及优异的材料机械性质，使其在发光器件、电子器件以及特殊条件下工作的半导体器件等领域具有广泛的应用价值。

氮化镓基器件不仅在民用方面得到大量的应用，而且在军事上也有重大应用前景，早在2002年氮化镓基LED的世界市场已达到18亿美元。此外，氮化镓材料也已被用于LD(镭射影碟)、UV探测器、HEMT(高电子迁移率晶体管)等领域。众所周知，在有关氮化镓半导体材料的制备当中如何保持晶面的平整度和高表面光滑性是提高器件性能的关键问题，在实现该效果的过程中常采用研磨、抛光等手段。然而，现有技术中却存在着研磨速度慢、效率低、晶体存在较深的机械损伤层(表面虽然看不到划痕，但经高温腐蚀后，表面会出现很多划道)，这些问题严重制约着氮化镓半导体器件的性能提高。因此，如何快速、高效的实现晶体研磨并尽可能保持晶面良好的光滑性和微小的粗糙度是氮化镓基半导体领域的一个亟待解决的问题。

现有技术中常采用特殊的研磨液或研磨组合物用于半导体材料的研磨来确保研磨的快速顺利进行，例如：

CN103402705A的专利申请报道了一种含有研磨材料和水的研磨用组合物，其中研磨材料采用表面积为1-15m²/g的氧化锆颗粒，且其含量为0.1%以上。该研磨组合物可用于研磨蓝宝石、氮化硅、氮化镓、砷化铟等硬脆材料。

CN103415372A的专利申请公开了一种至少含有氧化铝磨粒和水，且具有8.5以上的pH的研磨用组合物，其中氧化铝磨粒具有20m²/g以下的比表面积。该研磨用组合物可应用于研磨维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料，如氮化镓等。

CN101412902A的专利申请报道了一种由微细颗粒状的无机粉末和粘结剂包覆的传统研磨颗粒以及“超硬磨料”类组成的的研磨颗粒，其可用于制备研磨剂的用途。

CN101979450A的专利申请公开了一种高质量研磨硬脆材料(碳化硅晶片)的研磨液，其由去离子水、金刚石粉、甘油、防锈剂和添加剂配制而成。采用该研磨液可加快晶片的去除速度，且能够保持晶片较为光亮、无明显划痕，还可高效防止研磨盘生锈。

尽管现有技术中已存在氮化镓晶片加工的多种研磨液或研磨组合物，但这些研磨液或研磨组合物处理晶片的速度和表面粗糙度仍然需要进一步的改进或完善，如此才能够满足科技迅猛发展的时代要求，并未新产品提供技术支撑。本发明人针对现有技术的缺陷，旨在开发一种用于加工氮化镓晶片的研磨组合物，使其在加工晶片的过程中实现快速研磨和保持良好表面光滑性的要求，满足实际生产的需要。

发明内容

为了制备得到有效的研磨氮化镓晶片的研磨组合物，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量的创造性劳动和经过深入研究探索后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明主要涉及三个方面。第一个方面，本发明涉

及一种用于氮化镓材料的研磨组合物，所述研磨组合物包括磨粒、表面活性剂、吡咯烷离子液体、聚乙烯醇、N-烷基-二烷基醇胺、季膦盐、冠醚、2-硝基乙醇、羧甲基纤维素、鼠李糖脂、研磨促进剂、助剂和去离子水。

在所述研磨组合物中，以重量份计，其具体组分含量如下：

在本发明的所述研磨组合物中，所述磨粒为氧化锆、SiO₂、氧化铝、氮化硅、氧化铈中的任意一种，优选为氧化锆；其重量份数为10-20份，如为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份，优选12-18份；

所述磨料的平均粒径为0.1-1μm，优选0.3-0.5μm。值得注意地是，磨粒的粒径如果过小，则不能获得充分的研磨速度，粒径如果过大，则导致被研磨表面出现损伤。

在本发明的所述研磨组合物中，所述表面活性剂为枝杈型含氟表面活性剂，例如为[N-(4-全氟-(1,3-二甲基-2-异丙基)-1-丁烯氧基)苯磺酰氨基]乙基二乙基甲基碘化铵或2-[N-甲基-[全氟-2-[2-(丙氧基)-丙氧基]丙酰氨基]-乙基硫酸钠；其重量份数为5-15份，如为6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份，优选8-12份。