[发明专利]碳化硅晶片粗抛用金刚石抛光液及制备方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅晶片粗抛用金刚石抛光液及制备方法，包括以下重量百分比的组分：金刚石磨料0.1‑1%、油性剂3‑10%、分散剂0.1‑0.4%、改性脲溶液0.1‑0.5%、活化剂0.1‑0.5%、余量为基础溶剂。采用本发明中磨料两步处理法可有效提高多晶金刚石粉体利用率，同时有效的减少抛光液中超尺寸颗粒以及硬团聚体存在导致的划伤问题；本发明采用改性脲溶液作为有机悬浮剂，抛光液长期放置无明显分层现象，与无机悬浮剂，如疏水改性气相法白炭黑，有机膨润土相比，抛光废屑不易粘附在抛光盘上，易清洗。

技术领域

本发明涉及超精密研磨抛光加工技术领域，具体涉及一种碳化硅晶片粗抛用金刚石抛光液及制备方法。

背景技术

碳化硅（SiC）作为第三代宽带隙半导体的代表材料之一，具有极为优良的理化性能，在高频、大功率、耐高温、抗辐照半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景。SiC是微电子、电力电子和光电子等高新金属进入21世纪后赖以继续反战的重要半导体材料之一。随着SiC单晶生长技术的日趋成熟，如何获得具有完美表面的SiC单晶抛光片成为材料应用的关键技术之一。

目前碳化硅晶片的抛光一般分为两道工艺，粗抛和精抛，粗抛是机械抛光，为双面抛光；精抛为化学机械抛光，为单面抛光。用于碳化硅晶片粗抛的抛光液常见的有两种，水性抛光液和油性抛光液，市面上常见的是水性抛光液。油性抛光液尽管具有其润滑性好、抛光效率高、抛光后晶片表面质量好等优点，但由于细粒度金刚石磨料在油性体系中难分散的问题，限制了油性抛光液的发展。

发明内容

本发明提出了一种碳化硅晶片粗抛用金刚石抛光液及制备方法，通过磨料的两步处理法保证了金刚石磨料在油性体系中的分散性，减少油性抛光液中由于超尺寸颗粒以及硬团聚体存在导致的划伤问题；同时抛光液中选择有机悬浮剂，可避免抛光废屑在抛光盘上粘附及难清洗问题。

实现本发明的技术方案是：

一种碳化硅晶片粗抛用金刚石抛光液，包括以下重量百分比的组分：金刚石磨料0.1-1%、油性剂 3-10%、分散剂0.1-0.4%、改性脲溶液 0.1-0.5%、活化剂 0.1-0.5%、余量为基础溶剂。

其中金刚石磨料为多晶金刚石粉体，将多晶金刚石粉体制备为油性金刚石分散液，步骤如下：

（1）将多晶金刚石粉体分散在水中，室温下搅拌超声分散30min、离心法抛粗，去除多晶金刚石粉体中的超尺寸颗粒以及硬团聚体；

（2）将步骤（1）高速离心脱水后浆料进行烘干，利用烘干法测定离心脱水后磨料的含水率，具体方法为：称取一定量的糊状浆料，在120℃的烘箱中烘干6h，测定烘干后剩余粉体的重量，计算糊状浆料含水量。调整高速离心脱水后浆料含水率使其不低于20%，当磨料粒径小时，含水率可适当的调高；

采用冻干机处理调整含水率后的浆料，使磨料在烘干后仍保持良好的分散性，减少烘干过程造成磨料硬团聚状态的出现；

（3）将步骤（2）得到的磨料加入基础溶剂中，金刚石粉体固含量5-10%wt，加入分散剂，室温下搅拌超声分散、离心法抛粗，进一步去除多晶金刚粉体中的超尺寸颗粒以及硬团聚体，得到粒度分布集中，无大颗粒，无硬团聚体的油性金刚石分散液。

采用烘干法测定抛粗后金刚石分散液的固含量，具体方法为：称取一定质量的油性金刚石分散液放入坩埚中，高温电炉中450℃下烘干2h，测定烘干后剩余金刚石粉体的重量，计算油性金刚石分散液中磨料的固含量。

由于纳米级金刚石粉体比表面积大，表面活性基团丰富，金刚石本身表现出疏水亲油的特性，第一步处理过程中，抛粗过程可有效去除多晶金刚石粉体中的大颗粒，采用冻干法烘干磨料，可有效减少磨料在普通烘干过程造成的硬团聚，第二步处理过程中，分散剂的引入保证了磨料在油性体系中的分散性，抛粗过程再次去除大颗粒以及团聚体，保证磨料在分散液中的单颗粒分散状态。采用本发明中磨料两步处理法可有效提高多晶金刚石粉体利用率，同时有效的减少抛光液中超尺寸颗粒以及硬团聚体存在导致的划伤问题。