[发明专利]一种无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种无机聚电解质‑氧化硅复合抛光磨粒的制备方法，包括如下步骤：S01：制备纳米氧化硅溶胶；S02：制备无机聚电解质聚硅酸镁铁铝锌；S03：在25℃及搅拌条件下将所述聚硅酸镁铁铝锌逐滴加入到所述纳米二氧化硅溶胶中，并连续搅拌6小时；经过离心和过滤得到无机聚电解质‑氧化硅复合抛光磨粒溶液。本发明提供的一种无机聚电解质‑氧化硅复合抛光磨粒的制备方法，可以提高蓝宝石基片的材料去除速率，降低表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，具体涉及一种无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒的制备方法。

背景技术

单晶蓝宝石因其机械强度高，透光性好和化学性质稳定而广泛应用于机械，光学和信息等领域。目前，光子器件尤其是发光二极管(LED)的基板材料使用最广泛的是蓝宝石，随着技术的快速发展，对于蓝宝石表面达到超光滑和高抛光速率的需求正在增加。但是，由于蓝宝石的高硬度和强化学惰性，很难同时满足上述要求。目前，化学机械抛光(CMP)被认为是结合了化学和机械作用的唯一能够全局平坦化的技术，在半导体、硬盘和光学领域具有广泛的应用。

CMP取决于许多因素，如磨粒，抛光时间，抛光速度和添加剂等，其中磨粒是影响表面平坦化的最重要因素之一。为了改善表面质量及提高抛光速率(MRR)，研究人员近年来研究了多种类型的磨粒，如氧化硅，氧化铝，氧化铈等，但单一磨粒不能得到满意的抛光结果。其中，氧化硅因其稳定的化学性质和优异的分散性而应用最为广泛，但材料去除率较低，通常不能满足工业需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒的制备方法，可以提高蓝宝石基片的材料去除速率，降低表面粗糙度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒的制备方法，包括如下步骤：

S01：制备纳米氧化硅溶胶：将二氧化硅晶种溶液搅拌加热至100℃，并调节pH至10；在搅拌条件下将活性硅酸溶液滴加到所述二氧化硅晶种溶液中，同时调节pH至10，且保持溶液的蒸发速率和硅酸的滴加速率相等；冷却至室温，得到纳米二氧化硅溶胶；

S02：制备无机聚电解质聚硅酸镁铁铝锌：在搅拌条件下，将硫酸逐滴加入到硅酸钠溶液中，并调节pH调节至4；所述硫酸和硅酸钠溶液在25℃下聚合1小时，在搅拌条件下分别加入硫酸镁、氯化铁(III)六水合物、硝酸铝九水合物和硫酸锌，陈化24小时即可得到无机聚电解质聚硅酸镁铁铝锌；

S03：在25℃及搅拌条件下将所述聚硅酸镁铁铝锌逐滴加入到所述纳米二氧化硅溶胶中，并连续搅拌6小时；经过离心和过滤得到无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒溶液；其中，所述无机聚电解质与氧化硅的质量之比为0.5～5.0：100。

进一步地，所述步骤S01中采用质量分数为1％的氢氧化钠溶液调节pH至10。

进一步地，所述步骤S01中纳米二氧化硅溶胶二氧化硅的质量分数为10％。

进一步地，所述步骤S01中在搅拌条件下，将0.4mol/L的硫酸逐滴加入到0.04mol/L硅酸钠溶液中。

进一步地，还包括步骤S04：将所述无机聚电解质-氧化硅复合抛光磨粒溶液的pH调节至10，加入表面活性剂，得到无机聚电解质-氧化硅复合抛光液。

本发明的有益效果为：本发明制备的无机聚电解质-氧化硅复合磨粒抛光液，由于无机聚合物中的阳离子的引入，氧化硅颗粒/工件之间的静电排斥减少，因此，在抛光过程中有更多有效的磨粒与工件(如蓝宝石晶片)表面接触，通过化学反应形成的软层可以快速被除去，化学腐蚀和机械磨损两者的协同作用达到最佳，使得材料去除率更高；并且由于氧化硅颗粒本身硬度较小，抛光损伤如划痕和表面损伤较小。因而，采用本发明制备的新型磨粒对蓝宝石基片进行抛光，可以提高蓝宝石基片的材料去除速率，降低表面粗糙度。此外，制备的无机聚电解质没有毒性，实现了抛光液的绿色环保理念。

附图说明