CN102311717B - 一种高硬度微米研磨液及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度微米研磨液及其配制方法,该研磨液由单晶人造金刚石微粉、氧化铝微粉、无机盐混合物、有机物PEG200、氨水、丙酸和去离子水配置而成,具体质量百分比为:金刚石微粉0.1~2.0%,氧化铝微粉0.2~5.0%,无机盐混合物0.2~5.0%,PEG2000.5%~10%,氨水0.01~1%,丙酸0.01~1%,去离子水78~98.5%。本发明同时公开了一种配制上述研磨液的方法。利用本发明提供的这种一种高硬度微米研磨液及其配制方法,调配出的研磨液采用高硬度微米级磨料,使用效果理想,各项机械性能指标均衡,满足了GaN外延用衬底(碳化硅,蓝宝石)进行减薄研磨工艺的要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域,尤其是一种高硬度微米研磨液及其配制方法。
背景技术
氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料,以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、二维电子气浓度高(>1013cm2)、饱和电子速度大(2.8×107cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。GaN在器件上的应用被视为20世纪90年代半导体最重大的事件,目前,AlGaN/GaNHEMT器件的高频、高压、高温以及大功率特性使之在微波功率器件方面有着巨大的前景。同时,GaN使半导体E发光二极管与激光器上了一个新台阶。
GaN是直接带隙半导体材料,因此近年来成为国内外半导体材料及光电子器件的研究热点。但由于GaN很难制备体材料,所以必须在其它衬底材料上外延生长薄膜。作为GaN的衬底材料有多种,包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镁、氧化锌等。其中,蓝宝石和碳化硅因为其各自优良的性能脱颖而出,成为GaN外延衬底的优先选择。但是,这两种材料的硬度都超过9,对其进行机械加工,达到需要的厚度和粗糙度变得异常困难。研磨,是最常用的半导体晶片加工方法,其中使用研磨液的成分比例直接影响研磨的结果,因此,对研磨液进行改进可以大大优化工艺条件,提高成品率。
研磨液的调配是提高研磨效果的重要因素,直接影响着研磨工艺去除被加工材料速率,被加工材料的表面平整度,粗糙度以及应力损伤。研磨液的调配难度大,复杂因素很多,例如研磨用磨料颗粒在溶剂中难以分散均匀,颗粒粒度尺寸大小不平均,研磨液长时间使用发生磨料颗粒团聚现象,由于磨料颗粒和切削材料残渣的凝积造成二次损伤,以及研磨液的PH值失调等。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种高硬度微米研磨液及其配制方法,以满足GaN外延用衬底(碳化硅,蓝宝石)进行减薄研磨工艺的要求。
(二)技术方案
为达到上述目的,本发明提供了一种高硬度微米研磨液,该研磨液由单晶人造金刚石微粉、氧化铝微粉、无机盐混合物、有机物PEG200、氨水、丙酸和去离子水配置而成,具体质量百分比为:金刚石微粉0.1~2.0%,氧化铝微粉0.2~5.0%,无机盐混合物0.2~5.0%,PEG200 0.5%~10%,氨水0.01~1%,丙酸0.01~1%,去离子水78~98.5%。
上述方案中,所述单晶人造金刚石微粉和氧化铝微粉的颗粒直径大小均为25~1μm。
上述方案中,所述无机盐混合物作为分散剂,由硅酸钠、次氯酸钠和焦磷酸钠配置而成。
上述方案中,所述有机物PEG200作为润滑剂。
上述方案中,所述氨水和丙酸作为PH值调节剂。
上述方案中,所述去离子水作为溶剂。
为达到上述目的,本发明还提供了一种配制高硬度微米研磨液的方法,该方法包括:
步骤1:水浴融化PEG200,水温45~60℃;
步骤2:用量杯称取5~100克PEG200,倒入去离子水中;
步骤3:热板上加热PEG200和去离子水混合溶液,搅拌均匀,热板温度40~50℃;
步骤4:称取无机盐混合物硅酸钠/次氯酸钠/焦磷酸钠2~50克,倒入PEG200和去离子水的混合溶液中,一边加入一边搅拌;
步骤5:称取1~20克金刚石微粉,倒入添加无机盐混合物的混合溶液中制备成浑浊浆液,超声搅拌;
步骤6:称取2~50克氧化铝微粉,倒入添加金刚石微粉的浆液中,超声搅拌;
步骤7:将添加氧化铝微粉的浆液放置在超声台上进行振荡搅拌20~30分钟,超声频率40~60Hz;
步骤8:待浆液冷却到20℃,加入氨水和丙酸,将PH值调整至6~10;
步骤9:将调节好PH值的浆液倒入密封容器,放置在超声台上进行振荡搅拌10~30分钟,超声频率40~60Hz。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供的这种高硬度微米研磨液及其配制方法,调配出的研磨液采用高硬度微米级磨料,使用效果理想,各项机械性能指标均衡,满足了GaN外延用衬底(碳化硅,蓝宝石)进行减薄研磨工艺的要求,是GaN外延用衬底(碳化硅,蓝宝石)进行减薄研磨工艺的理想选择。
2、本发明提供的这种高硬度微米研磨液及其配制方法,使用需要匹配相关的研磨设备,适应性强,从手动到全自动设备均可兼容,既能适于实验室小范围应用,也可扩大到生产水平。
3、本发明提供的这种高硬度微米研磨液及其配制方法,使用绝对无害物质,到了快速,稳定,安全,适应性好的工艺特点,制备出的晶片结构完整,无物理损伤,表面细腻,光滑,形变小。
4、本发明提供的这种高硬度微米研磨液及其配制方法,得到减薄后衬底晶片总体厚度小于90μm的工艺新成果,为GaN外延衬底的机械加工工艺提供了可靠的技术手段。
附图说明
图1是本发明提供的配制高硬度微米研磨液的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
在研磨初期,如果需要大规模的减小晶片厚度,则采用质地坚硬,弹性系数小的铁盘作为研磨盘最为合适。
本发明提供的对高硬度GaN外延衬底进行减薄研磨的研磨液采用单晶人造金刚石(CBN,立方氮化硼)微粉和氧化铝微粉,其颗粒直径大小均为25~1μm,并采用无机盐混合物硅酸钠/次氯酸钠/焦磷酸钠作为分散剂,有机物PEG200作为润滑剂,氨水和丙酸作为PH值调节剂,去离子水(DI)作为溶剂。具体质量百分比为:金刚石微粉0.1~2.0%,氧化铝微粉0.2~5.0%,无机盐混合物0.2~5.0%,PEG2000.5%~10%,氨水0.01~1%,丙酸0.01~1%,去离子水78~98.5%,并将PH值调整至6~10。
如图1所示,图1是本发明提供的配制高硬度微米研磨液的方法流程图,该方法包括:
步骤1:水浴融化PEG200,水温45~60℃;
步骤2:用量杯称取5~100克PEG200,倒入去离子水中;
步骤3:热板上加热PEG200和去离子水混合溶液,搅拌均匀,热板温度40~50℃;
步骤4:称取无机盐混合物硅酸钠/次氯酸钠/焦磷酸钠2~50克,倒入PEG200和去离子水的混合溶液中,一边加入一边搅拌;
步骤5:称取1~20克金刚石微粉,倒入添加无机盐混合物的混合溶液中制备成浑浊浆液,超声搅拌;
步骤6:称取2~50克氧化铝微粉,倒入添加金刚石微粉的浆液中,超声搅拌;
步骤7:将添加氧化铝微粉的浆液放置在超声台上进行振荡搅拌20~30分钟,超声频率40~60Hz;
步骤8:待浆液冷却到20℃,加入氨水和丙酸,将PH值调整至6~10;
步骤9:将调节好PH值的浆液倒入密封容器,放置在超声台上进行振荡搅拌10~30分钟,超声频率40~60Hz。
在使用本发明提出的改进的微米级粒度研磨液之后,可以实现快速,均匀,稳定的研磨效果。研磨之后的晶片型变小,表面形貌好,厚度均匀。
本发明采用混合无机盐电解质作为分散剂,研磨浆液中研磨颗粒分散均匀,团聚效果减弱,浆液维持悬浮状态持久稳定。采用无机盐混合分散剂,而不是酸、碱性溶剂,减小了化学腐蚀带来的副作用,环境污染小,对人体健康伤害小。采用有机物PEG200,对去除切削残渣凝积造成的二次损伤,起到了良好的效果。使用人造金刚石和氧化铝混合微粉颗粒,原理在于人造金刚石材料对晶片进行切削,氧化铝材料对晶片进行表面平整,很好的实现了磨削和表面平整二合为一。
本发明提出的改进型研磨液的原料成本低廉,配制简单,而且适用范围广,对研磨设备要求低。
综上所述,本发明为晶片减薄工艺提供了一种可靠的工艺手段,为紧随之后的晶片抛光工艺节省了资源。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高硬度微米研磨液,其特征在于,该研磨液由单晶人造金刚石微粉、氧化铝微粉、无机盐混合物、有机物PEG200、氨水、丙酸和去离子水配制而成,具体质量百分比为:金刚石微粉0.1~2.0%,氧化铝微粉0.2~5.0%,无机盐混合物0.2~5.0%,PEG200 0.5%~10%,氨水0.01~1%,丙酸0.01~1%,去离子水78~98.5%;
其中,所述无机盐混合物作为分散剂,由硅酸钠、次氯酸钠和焦磷酸钠配制而成。
2.根据权利要求1所述的高硬度微米研磨液,其特征在于,所述单晶人造金刚石微粉和氧化铝微粉的颗粒直径大小均为25~1μm。
3.根据权利要求1所述的高硬度微米研磨液,其特征在于,所述有机物PEG200作为润滑剂。
4.根据权利要求1所述的高硬度微米研磨液,其特征在于,所述氨水和丙酸作为pH值调节剂。
5.根据权利要求1所述的高硬度微米研磨液,其特征在于,所述去离子水作为溶剂。
6.一种配制权利要求1所述研磨液的方法,其特征在于,该方法包括:
步骤1:水浴融化PEG200,水温45~60℃;
步骤2:用量杯称取5~100克PEG200,倒入去离子水中;
步骤3:热板上加热PEG200和去离子水混合溶液,搅拌均匀,热板温度40~50℃;
步骤4:称取无机盐混合物硅酸钠/次氯酸钠/焦磷酸钠2~50克,倒入PEG200和去离子水的混合溶液中,一边加入一边搅拌;
步骤5:称取1~20克金刚石微粉,倒入添加无机盐混合物的混合溶液中制备成浑浊浆液,超声搅拌;
步骤6:称取2~50克氧化铝微粉,倒入添加金刚石微粉的浆液中,超声搅拌;
步骤7:将添加氧化铝微粉的浆液放置在超声台上进行振荡搅拌20~30分钟,超声频率40~60Hz;
步骤8:待浆液冷却到20℃,加入氨水和丙酸,将pH值调整至6~10:
步骤9:将调节好pH值的浆液倒入密封容器,放置在超声台上进行振荡搅拌10~30分钟,超声频率40~60Hz。
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