[发明专利]一种高稳定高效抛光液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高效硅溶胶抛光液及其制备方法，在硅溶胶抛光剂含有氧化硅分散体，并添加有非离子表面活性剂、Ti离子络合剂、Fe离子络合剂、氧化剂、缓蚀剂、有机碱、防腐杀菌剂：四甲基乙二胺、去离子水、所述硅溶胶中的氧化硅分散体由高岭石提纯获得，含有SiO₂、氢氧化钠、乙醇、去离子水、聚乙二醇，其中氧化硅的含量为5~35wt.%，其中获得的氧化硅颗粒的尺寸集中在50‑60nm之间，且所述硅溶胶抛光液稳定、使用周期长。

技术领域

本发明涉及抛光硅溶胶的技术领域，特别涉及一种蓝宝石衬底抛光硅溶胶及其制备方法和应用。

技术背景

随着光电技术的飞速发展，LED光电产品材料需求量的日益增加，当前有许多衬底材料能用于GaN晶片LED，但是真正能用于实现商业化的衬底材料目前还比较少，一般只有两种，即蓝宝石和SiC，目前还没有第三种衬底用于GaN的LED的商业化生产。SiC是一类非常重要的衬底材料，同蓝宝石相比，SiC属于低阻材料，可以制作电极，其晶格常数和材料的热膨胀系数与GaN 材料更为接近，并且易于溶解，且本身具有蓝光发光特性，但SiC材料也有其缺点，主要是其热膨胀系数与GaN相差较大，容易导致外延GaN层的裂纹，不适合大量使用，价格相对昂贵。蓝宝石衬底是目前使用最好也是最为普遍的一种衬底材料。

蓝宝石晶体(α-A1₂O₃)是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀和透光波段宽的优质光功能材料，它具有与Ⅲ族氮化物相同的六方密堆积型，是由物理、机械和化学特性三者独特组合的优良材料。在光通信领域，蓝宝石晶体不仅用作短波长有源器件，还用作偏振光的无源器件在微电子领域，蓝宝石可以作为新一代半导体衬底SOI(绝缘层上)的衬底，由于蓝宝石优良的阻挡作用，能够减小晶体管的电容效应，其运算速度可变得更快，功耗变得更低。在光电子领域，蓝宝石晶体是制造GaN发光二极管(LED)的首选衬底材料。在蓝宝石衬底上生长薄膜之前，首先要去除切片时产生的划伤、凹坑、应力区等，然后要降低表面粗糙度。表面的粗糙度越大，表面的悬挂键越多，越容易吸附其他杂质，并且与上面的薄膜有较差的晶格匹配。传统的纯机械抛光是用抛光粉不断地研磨被抛光材料的表面，容易产生较深的划伤。而CMP（化学机械抛光）是在化学作用的环境下，通过机械作用将化学反应物去除掉，提高了材料的去除速率，同时也得到良好的表面形态。

目前常用的CMP为氧化硅硅溶胶，它是一种硬而脆的陶瓷材料，其表面化学活性很低。SiO₂水溶胶是双电子层结构，外层电子显负电荷，由凝聚法制备的胶体SiO₂粒子表面富含硅羟基，研究还发现采用凝聚法制备的硅溶胶内部也富含有硅羟基，正是这个特点，使得凝聚法制备的SiO₂胶体黏度小，硬度适中，无棱角，在CMP时不会产生划伤。

现有的硅溶胶抛光液主要有以下问题:（1）稳定性较差，容易产生分层、沉淀等问题，不能长期存放;（2）抛光液中大都含有大量金属离子，被抛光物表面会产生金属离子沾污和粘附细小颗粒的缺陷，这些离子或颗粒会使器件性能变差，甚至使器件不能工作；（3）硅元素的来源集中于价格较贵的分析纯硅溶液，如原硅酸乙酯，硅酸钠水玻璃等，不利于行业整体成本的降低；（4）抛光效率较低；（5）容易滋生细菌和真菌，使得硅溶胶的pH值降低，严重影响硅溶胶的抛光效率和直接导致产品报废。

发明内容

针对上述现有技术中存在的一个或多个问题，本发明提供一种用于蓝宝石衬底的高效抛光液，该抛光硅溶胶中的氧化硅溶胶颗粒尺寸大小均一，抛光效果稳定，抛光效率高。

一种高稳定高效抛光液，所述抛光液包括：氧化硅分散体溶液：150-300mL；非离子表面活性剂：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123，1-3g；Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.5-1g；Fe离子络合剂：EDTA，0.3-0.7g；氧化剂：叔丁基过氧，1-2mL；缓蚀剂：苯并三氮唑，0.5-1g；防腐杀菌剂：二氯苯基二甲脲0.1-1g，有机碱：四甲基乙二胺，调节抛光液pH=11.0-11.5，去离子水：0.5-1L。