專利名稱：一種高硬度微米研磨液及其配制方法
技術領域：
本發明涉及半導體加工技術領域，尤其是一種高硬度微米研磨液及其配制方法。
背景技術：
氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導體材料，以其禁帶寬度大(3. 4eV)、擊穿電壓高(3. 3MV/cm)、二維電子氣濃度高(> IO13Cm2)、飽和電子速度大O. 8X 107cm/s)等特性在國際上受到廣泛關注。GaN在器件上的應用被視為20世紀90年代半導體最重大的事件，目前，AlGaN/GaNHEMT器件的高頻、高壓、高溫以及大功率特性使之在微波功率器件方面有著巨大的前景。同時，GaN使半導體E發光二極管與激光器上了一個新臺階。GaN是直接帶隙半導體材料，因此近年來成為國內外半導體材料及光電子器件的研究熱點。但由于GaN很難制備體材料，所以必須在其它襯底材料上外延生長薄膜。作為 GaN的襯底材料有多種，包括藍寶石、碳化硅、硅、氧化鎂、氧化鋅等。其中，藍寶石和碳化硅因為其各自優良的性能脫穎而出，成為GaN外延襯底的優先選擇。但是，這兩種材料的硬度都超過9，對其進行機械加工，達到需要的厚度和粗糙度變得異常困難。研磨，是最常用的半導體晶片加工方法，其中使用研磨液的成分比例直接影響研磨的結果，因此，對研磨液進行改進可以大大優化工藝條件，提高成品率。研磨液的調配是提高研磨效果的重要因素，直接影響著研磨工藝去除被加工材料速率，被加工材料的表面平整度，粗糙度以及應力損傷。研磨液的調配難度大，復雜因素很多，例如研磨用磨料顆粒在溶劑中難以分散均勻，顆粒粒度尺寸大小不平均，研磨液長時間使用發生磨料顆粒團聚現象，由于磨料顆粒和切削材料殘渣的凝積造成二次損傷，以及研磨液的PH值失調等。

發明內容
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種高硬度微米研磨液及其配制方法，以滿足GaN外延用襯底(碳化硅，藍寶石)進行減薄研磨工藝的要求。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種高硬度微米研磨液，該研磨液由單晶人造金剛石微粉、氧化鋁微粉、無機鹽混合物、有機物PEG200、氨水、丙酸和去離子水配置而成，具體質量百分比為金剛石微粉0. 1 2. 0 %，氧化鋁微粉0. 2 5. 0 %，無機鹽混合物0. 2 5. 0%, PEG200 0. 5% 10%，氨水 0. 01 1%，丙酸 0. 01 1%，去離子水 78 98. 5%0上述方案中，所述單晶人造金剛石微粉和氧化鋁微粉的顆粒直徑大小均為25 1 μ m0上述方案中，所述無機鹽混合物作為分散劑，由硅酸鈉、次氯酸鈉和焦磷酸鈉配置而成。上述方案中，所述有機物PEG200作為潤滑劑。
上述方案中，所述氨水和丙酸作為PH值調節劑。上述方案中，所述去離子水作為溶劑。為達到上述目的，本發明還提供了一種配制高硬度微米研磨液的方法，該方法包括步驟1 水浴融化PEG200，水溫45 60°C ；步驟2 用量杯稱取5 100克PEG200，倒入去離子水中；步驟3 熱板上加熱PEG200和去離子水混合溶液，攪拌均勻，熱板溫度40 50°C;步驟4 稱取無機鹽混合物硅酸鈉/次氯酸鈉/焦磷酸鈉2 50克，倒入PEG200 和去離子水的混合溶液中，一邊加入一邊攪拌；步驟5 稱取1 20克金剛石微粉，倒入添加無機鹽混合物的混合溶液中制備成渾濁漿液，超聲攪拌；步驟6 稱取2 50克氧化鋁微粉，倒入添加金剛石微粉的漿液中，超聲攪拌；步驟7 將添加氧化鋁微粉的漿液放置在超聲臺上進行振蕩攪拌20 30分鐘，超聲頻率40 60Hz ；步驟8 待漿液冷卻到20°C，加入氨水和丙酸，將PH值調整至6 10 ；步驟9 將調節好PH值的漿液倒入密封容器，放置在超聲臺上進行振蕩攪拌10 30分鐘，超聲頻率40 60Hz。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的這種高硬度微米研磨液及其配制方法，調配出的研磨液采用高硬度微米級磨料，使用效果理想，各項機械性能指標均衡，滿足了 GaN外延用襯底(碳化硅，藍寶石)進行減薄研磨工藝的要求，是GaN外延用襯底(碳化硅，藍寶石)進行減薄研磨工藝的理想選擇。2、本發明提供的這種高硬度微米研磨液及其配制方法，使用需要匹配相關的研磨設備，適應性強，從手動到全自動設備均可兼容，既能適于實驗室小范圍應用，也可擴大到生產水平。3、本發明提供的這種高硬度微米研磨液及其配制方法，使用絕對無害物質，到了快速，穩定，安全，適應性好的工藝特點，制備出的晶片結構完整，無物理損傷，表面細膩，光滑，形變小。4、本發明提供的這種高硬度微米研磨液及其配制方法，得到減薄后襯底晶片總體厚度小于90 μ m的工藝新成果，為GaN外延襯底的機械加工工藝提供了可靠的技術手段。


圖1是本發明提供的配制高硬度微米研磨液的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。在研磨初期，如果需要大規模的減小晶片厚度，則采用質地堅硬，彈性系數小的鐵盤作為研磨盤最為合適。本發明提供的對高硬度GaN外延襯底進行減薄研磨的研磨液采用單晶人造金剛石(CBN，立方氮化硼)微粉和氧化鋁微粉，其顆粒直徑大小均為25 1 μ m，并采用無機鹽混合物硅酸鈉/次氯酸鈉/焦磷酸鈉作為分散劑，有機物PEG200作為潤滑劑，氨水和丙酸作為PH值調節劑，去離子水0)1)作為溶劑。具體質量百分比為金剛石微粉0. 1 2.0%， 氧化鋁微粉0. 2 5. 0 %，無機鹽混合物0. 2 5. 0 %，PEG2000. 5 % 10 %，氨水0. 01 1%，丙酸0.01 1%，去離子水78 98. 5%，并將PH值調整至6 10。如圖1所示，圖1是本發明提供的配制高硬度微米研磨液的方法流程圖，該方法包括步驟1 水浴融化PEG200，水溫45 60°C ；步驟2 用量杯稱取5 100克PEG200，倒入去離子水中；步驟3 熱板上加熱PEG200和去離子水混合溶液，攪拌均勻，熱板溫度40 50°C ；步驟4 稱取無機鹽混合物硅酸鈉/次氯酸鈉/焦磷酸鈉2 50克，倒入PEG200 和去離子水的混合溶液中，一邊加入一邊攪拌；步驟5 稱取1 20克金剛石微粉，倒入添加無機鹽混合物的混合溶液中制備成渾濁漿液，超聲攪拌；步驟6 稱取2 50克氧化鋁微粉，倒入添加金剛石微粉的漿液中，超聲攪拌；步驟7 將添加氧化鋁微粉的漿液放置在超聲臺上進行振蕩攪拌20 30分鐘，超聲頻率40 60Hz ；步驟8 待漿液冷卻到20°C，加入氨水和丙酸，將PH值調整至6 10 ；步驟9 將調節好PH值的漿液倒入密封容器，放置在超聲臺上進行振蕩攪拌10 30分鐘，超聲頻率40 60Hz。在使用本發明提出的改進的微米級粒度研磨液之后，可以實現快速，均勻，穩定的研磨效果。研磨之后的晶片型變小，表面形貌好，厚度均勻。本發明采用混合無機鹽電解質作為分散劑，研磨漿液中研磨顆粒分散均勻，團聚效果減弱，漿液維持懸浮狀態持久穩定。采用無機鹽混合分散劑，而不是酸、堿性溶劑，減小了化學腐蝕帶來的副作用，環境污染小，對人體健康傷害小。采用有機物PEG200，對去除切削殘渣凝積造成的二次損傷，起到了良好的效果。使用人造金剛石和氧化鋁混合微粉顆粒， 原理在于人造金剛石材料對晶片進行切削，氧化鋁材料對晶片進行表面平整，很好的實現了磨削和表面平整二合為一。本發明提出的改進型研磨液的原料成本低廉，配制簡單，而且適用范圍廣，對研磨設備要求低。綜上所述，本發明為晶片減薄工藝提供了一種可靠的工藝手段，為緊隨之后的晶片拋光工藝節省了資源。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種高硬度微米研磨液，其特征在于，該研磨液由單晶人造金剛石微粉、氧化鋁微粉、無機鹽混合物、有機物PEG200、氨水、丙酸和去離子水配置而成，具體質量百分比為金剛石微粉0. 1 2.0%，氧化鋁微粉0.2 5.0%，無機鹽混合物0.2 5.0%， PEG2000. 5% 10%，氨水0. 01 1%，丙酸0. 01 1%，去離子水78 98. 5%。
2.根據權利要求1所述的高硬度微米研磨液，其特征在于，所述單晶人造金剛石微粉和氧化鋁微粉的顆粒直徑大小均為25 1 μ m。
3.根據權利要求1所述的高硬度微米研磨液，其特征在于，所述無機鹽混合物作為分散劑，由硅酸鈉、次氯酸鈉和焦磷酸鈉配置而成。
4.根據權利要求1所述的高硬度微米研磨液，其特征在于，所述有機物PEG200作為潤滑劑。
5.根據權利要求1所述的高硬度微米研磨液，其特征在于，所述氨水和丙酸作為PH值調節劑。
6.根據權利要求1所述的高硬度微米研磨液，其特征在于，所述去離子水作為溶劑。
7.—種配制權利要求1所述研磨液的方法，其特征在于，該方法包括步驟1 水浴融化PEG200，水溫45 60°C ；步驟2 用量杯稱取5 100克PEG200，倒入去離子水中；步驟3 熱板上加熱PEG200和去離子水混合溶液，攪拌均勻，熱板溫度40 50°C ；步驟4 稱取無機鹽混合物硅酸鈉/次氯酸鈉/焦磷酸鈉2 50克，倒入PEG200和去離子水的混合溶液中，一邊加入一邊攪拌；步驟5 稱取1 20克金剛石微粉，倒入添加無機鹽混合物的混合溶液中制備成渾濁漿液，超聲攪拌；步驟6 稱取2 50克氧化鋁微粉，倒入添加金剛石微粉的漿液中，超聲攪拌；步驟7 將添加氧化鋁微粉的漿液放置在超聲臺上進行振蕩攪拌20 30分鐘，超聲頻率 40 60Hz ；步驟8 待漿液冷卻到20°C，加入氨水和丙酸，將PH值調整至6 10 ；步驟9 將調節好PH值的漿液倒入密封容器，放置在超聲臺上進行振蕩攪拌10 30分鐘，超聲頻率40 60Hz。
全文摘要
本發明公開了一種高硬度微米研磨液及其配制方法，該研磨液由單晶人造金剛石微粉、氧化鋁微粉、無機鹽混合物、有機物PEG200、氨水、丙酸和去離子水配置而成，具體質量百分比為金剛石微粉0.1～2.0％，氧化鋁微粉0.2～5.0％，無機鹽混合物0.2～5.0％，PEG2000.5％～10％，氨水0.01～1％，丙酸0.01～1％，去離子水78～98.5％。本發明同時公開了一種配制上述研磨液的方法。利用本發明提供的這種一種高硬度微米研磨液及其配制方法，調配出的研磨液采用高硬度微米級磨料，使用效果理想，各項機械性能指標均衡，滿足了GaN外延用襯底(碳化硅，藍寶石)進行減薄研磨工藝的要求。
文檔編號C09K3/14GK102311717SQ20101022258
公開日2012年1月11日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者劉新宇, 龐磊, 汪寧, 羅衛軍, 陳曉娟 申請人:中國科學院微電子研究所