[发明专利]一种硅单晶研磨剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及研磨抛光技术领域，提供了一种硅单晶研磨剂的制备方法及应用，所述硅单晶研磨剂按照质量份数含β‑SiC微粉8～12份、CBN微粉1～5份、六方氮化硼微粉1～3份、聚丙烯酰胺3～5份、葡萄糖酸钠4～6份、聚乙二醇4～6份、四甲基氢氧化铵4～6份、水性聚酯润滑剂2～4份、烷基酚聚氧乙烯醚型季铵盐表面活性剂6～10份；pH值调节剂；水35～45份。本申请提供的高效硅单晶研磨剂较之传统金刚石、二氧化硅、碳化硅等抛光剂制备简单，成本相对低廉，具有高稳定性和悬浮性，使抛光后的单晶硅片获得良好的磨抛精度、磨抛效率。研磨剂废液回收方案符合资源节约、循环利用的绿色化学理念，具有极强的实用性与可操作性。

技术领域

本发明涉及研磨抛光技术领域，尤其涉及一种硅单晶研磨剂及其制备方法与应用。

背景技术

芯片是将电子元件与布线互联一起，制作在半导体晶片上，封装于管壳内的微型电子器件，也称集成电路。其制造过程体现着工程技术、材料技术、设计水平的完美融合。未来世界人类将进入智能化社会，更微小、多功能芯片正迎合社会的迫切需求，开发潜力巨大。芯片制造是当前我国电子信息产业的重大短板，制造出拥有自研能力，自主设计的芯片，拉近与国际高端技术的差距，有助于提高国家创新能力，推进供给侧结构性改革，实现制造业高质量发展，具有重大现实利益和长远战略意义。

半导体芯片的制造工艺主要分为单晶硅片制作、晶圆涂膜、光刻显影、离子注入、测试封装等几大步骤，其中作为前期关键环节，单晶硅片制作工艺已成为整段流程的重要支点，生产的硅晶圆是所有集成电路芯片的制作母材。单晶硅片磨削作为此中必不可少的一项工艺，如何将粗质单晶硅片抛光成为粗糙度低、损伤少、裂纹小的超光滑表面，并保持高效研磨速率，成为当前相关领域探索目光的聚焦点。而相关研磨剂的制备则为重中之重。

目前常用的研磨剂中，二氧化硅磨料抛光速率较低；氮化硼微粉易发生团聚，形成的大粒径颗粒会对工件表面造成划痕；氧化铝、氧化锆粒子硬度过大，也易形成工件表面损伤；金刚石粉成本较高。现今普遍采用的研磨材料很难实现成本、抛光效率、抛光质量三方面的平衡。

另外，研磨剂在反复使用过程中，磨料研磨能力会逐渐降低，同时研磨剂主体微粒与磨屑混合并相互凝聚，形成的大粒径异物易对硅单晶表面造成损伤，抛光质量和速率难以保证，研磨剂将作为工业废料废弃。但是，基于保护环境角度与降低成本因素考虑，直接丢弃研磨废料会对生态造成污染，与友好无害的绿色化学理念背道而驰。碳化硅、氮化硼价格相对较高，若能从废弃混合物中将其收集，并作为磨料重新返回研磨剂，多次循环利用，则可将资源回收，实现可持续发展，其重要性不言而喻。

发明内容

基于现有技术问题，本发明提出了一种硅单晶研磨剂，能够高质量协助单晶硅片研磨，并具有良好的稳定性、悬浮性，成本低廉，适用性广，主体组分可回收循环利用。

一种硅单晶研磨剂，其原料包括以下质量份数的组分：

β-SiC微粉8～12份，CBN(立方氮化硼)微粉1～5份，六方氮化硼微粉1～3份，聚丙烯酰胺3～5份、葡萄糖酸钠4～6份、聚乙二醇4～6份、四甲基氢氧化铵4～6份、水性聚酯润滑剂2～4份、烷基酚聚氧乙烯醚型季铵盐表面活性剂6～10份；水35～45份；

优选的，所述聚乙二醇的重均分子量为2000～30000；所述原料还包括pH值调节剂；更优选的，所述pH值调节剂为盐酸和氢氧化钠，将研磨剂pH值调节至6～8。

所述烷基酚聚氧乙烯醚型季铵盐表面活性剂的合成方法，其具体为：

方法一：将三乙胺、环氧溴丙烷混合后进行加热反应，然后在所得反应产物中加入烷基酚聚氧乙烯醚和碱，并进行加热反应，得到烷基酚聚氧乙烯醚型季铵盐表面活性剂。

所述三乙胺、环氧溴丙烷与烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比为1～3:1～3:1～3，优选为1:1:1；所述碱的用量满足将pH调节至6～8。