[发明专利]一种蓝宝石抛光组合物及其应用

说明书

本发明公开了一种蓝宝石抛光组合物及其用途，所述抛光组合物至少包括以下质量百分比的组分：硅溶胶20％～40％、速率促进剂0.01％～2％、增稠剂0.5％～5％、润湿剂为0.01％‑2％、pH调节剂1％‑5％、余量为水。本发明提供的抛光液通过在硅溶胶中加入增稠剂，使体系的粘度有所增加，体系粘度的增加提高了抛光液与蓝宝石晶片之间的摩擦力，从而在一定程度上提高了蓝宝石晶片的抛光速率，在添加合适量增稠剂后去除速率最高可达5.4μm/h，表面粗糙度为0.302nm。

技术领域

本发明涉及蓝宝石平坦化技术，特别是涉及一种蓝宝石的抛光组合物。

背景技术

单晶蓝宝石(主要成分为α-Al₂O₃)，因其优良的机械性能、介电性能、化学稳定性、热传导性和高表面平滑度等特点而被广泛应用于军事、航天、信息、光学、超导等技术领域，成为制备高温超导薄膜、红外光学材料、微电子器件等的最优质基片和衬底材料。现如今，无论是军用高性能红外探测器的蓝宝石窗口，还是氮化镓基蓝色LED及激光二极管的衬底，其表面加工质量(如表面粗糙度、微裂纹、划痕、位错)和加工精度，对材料外延生长质量和器件性能都有至关重要的影响。由于蓝宝石材料硬度极高(莫氏硬度达到9，仅次于金刚石)、脆性大，是典型的难加工材料。因此，为了满足国防尖端技术和电子信息制造业的重大需求，实现蓝宝石高效超精密加工制造便显得至关重要。

化学机械抛光(CMP)是结合化学抛光和机械抛光而对材料表面进行加工的一种技术。在机械抛光的基础上根据抛光材质加入相应的化学添加剂从而达到增强抛光效率或者改善抛光表面的效果。化学机械抛光是迄今为止惟一可以在集成电路衬底大规模生产中应用的全局平坦化方法。抛光质量的好坏直接影响蓝宝石、陶瓷以及不锈钢的抛光良率以及下道工艺的良率。在化学机械抛光中，抛光液是直接影响抛光效果的因素之一。

专利CN109111857A中通过添加硅烷偶联剂和增稠剂的作用，提高抛光液和抛光垫的接触角和抛光液在抛光垫上面的停留时间，从而实现对弧面的抛光。但该专利中通过添加乳化剂和硅烷偶联剂两者的协同作用，来增大表面张力，提高与蓝宝石的接触角，对抛光液在蓝宝石上面的铺展是不利的，在一定程度上影响了抛光速率的提升；同时，该专利没有揭示抛光液中添加增稠剂以增加体系的粘度对抛光速率的具体影响。

目前，抛光液应用厂商希望抛光液在保证抛光质量的同时尽可能地提高抛光速率，提高抛光速率对企业而言既提升了效率，又能降低成本。因此亟需开发出一款抛光速率快，表面质量高的蓝宝石抛光液。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种蓝宝石抛光组合物，这种抛光组合物抛光速率快，被抛光对象抛光后的表面粗糙度小于0.5nm，表面能实现超光滑的镜面效果。

本发明的另一目的在于提供这种蓝宝石抛光组合物在蓝宝石衬底化学机械抛光中的应用。

为实现上述技术效果，本发明采用如下的技术方案：

一种蓝宝石抛光组合物，其特征在于，所述蓝宝石抛光组合物包括以下重量百分比的组分，以抛光组合物总质量计：

余量为水。

在一个具体的实施方案中，所述的硅溶胶的粒径范围为30～200nm；优选地，所述的硅溶胶的粒径范围为80～120nm。

在一个具体的实施方案中，所述的速率促进剂选自氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐或硼酸盐中的任一种或几种。

在一个具体的实施方案中，所述的增稠剂选自羟乙基纤维、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、果胶或膨润土中的任一种或几种。

在一个具体的实施方案中，所述的pH调节剂选自乙二胺、羟乙基乙二胺或四甲基氢氧化铵中的任一种或几种。