CN102358825A

CN102358825A - 一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物

Info

Publication number: CN102358825A
Application number: CN2011102238773A
Authority: CN
Inventors: 潘国顺; 罗桂海; 周艳; 顾忠华; 雒建斌; 路新春
Original assignee: SHENZHEN LEAGUER MATERIAL CO Ltd; Tsinghua University; Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Current assignee: SHENZHEN LEAGUER MATERIAL CO Ltd; Tsinghua University; Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: CN102358825B

Abstract

本发明公开了属于半导体照明LED芯片、精密仪器仪表制造技术领域的一种用于蓝宝石晶片循环抛光的抛光组合物。该抛光组合物包含磨料和水，其特征在于，还包含抛光促进剂、螯合剂和抛光稳定剂，其中，按重量百分含量，抛光促进剂为0.05～10％，螯合剂为0.1～10％，抛光稳定剂为0.01～10％。本发明提供的抛光组合物主要适用于半导体照明LED芯片衬底、精密仪器仪表窗口等制造中的蓝宝石晶片抛光，具有抛光去除速率高、循环抛光性能好的特点，循环抛光5小时后晶片去除速率仍达到10微米/小时以上；经其抛光后的蓝宝石晶片表面光滑，无划痕、麻点等表面缺陷，表面粗糙度可达到0.3纳米以下。

Description

一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物

技术领域

本发明属于半导体照明LED芯片、精密仪器仪表制造技术领域，特别涉及一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明作为“第四代新光源”，被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源和最具发展前景的高技术领域之一，LED的发展对于低碳经济和资源节约型社会的发展具有重要的战略意义。

LED制造过程依次分为衬底制备、外延生长、芯片加工、封装及测试，其中LED芯片衬底晶片的抛光是制约半导体照明技术发展的瓶颈问题之一。

蓝宝石单晶由于透明性好、稳定性好、机械强度高等特性，被广泛应用于LED芯片衬底、精密仪器仪表窗口等领域。蓝宝石(Al₂O₃)的硬度(9)仅次于金刚石(10)，且为α晶相，化学性质很稳定，因此难以加工，生产效率低、加工成本高。另一方面，基于对LED产品发光效率和使用寿命的提高，GaN外延生长对衬底晶片的表面加工质量要求更加严苛。目前，化学机械抛光(CMP)技术是实现蓝宝石晶片亚纳米级加工的最有效方法。

为节约生产成本，用于蓝宝石晶片的抛光组合物需要循环使用，且抛光去除速率需维持在高的水平，晶片表面光滑、无缺陷。但目前国内外专利基本上均未涉及到蓝宝石晶片的循环抛光技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物，其具有循环抛光性能好的特点。

本发明提供的一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物，包含磨料和水，其特征在于，还包含抛光促进剂、螯合剂和抛光稳定剂，其中，按重量百分含量，抛光促进剂为0.05～10％，螯合剂为0.1～10％，抛光稳定剂为0.01～10％。抛光促进剂的重量百分含量优选0.2～6％，螯合剂的重量百分含量优选0.2～6％，抛光稳定剂的重量百分含量优选0.2～6％。

所述磨料可为氧化硅、氧化铝、氧化铈或氧化锆中的一种或几种，其中，氧化硅的平均粒径为10-200纳米。磨料的重量百分含量可为1～60％。

所述抛光促进剂为盐类，所述的盐类为氯化盐、硫酸盐、硝酸盐、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、乳酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、乙醇酸盐、α-羟基异丁酸盐、甘油酸盐、葡糖酸盐或水杨酸盐中的一种或几种，优选钾盐。

所述螯合剂为乙二胺四乙酸盐、丙二胺四乙酸盐、二乙基三胺五乙酸盐、三乙基四胺六乙酸盐、1，2-环己二胺四乙酸盐、氨基三亚甲基膦酸盐、羟基亚乙基二膦酸盐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、乙二胺四亚乙基膦酸盐、二乙烯三胺五亚甲基膦酸盐、二乙烯三胺五亚乙基膦酸盐、三乙烯四胺六亚乙基膦酸盐、丙二胺四亚乙基膦酸盐、丙二胺四亚甲基膦酸盐、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸盐、羟基亚乙基二膦酸盐、2-羟基膦酸基乙酸盐、己二胺四亚甲基膦酸盐、双1，6-亚己基三胺五亚甲基膦酸盐或多氨基多醚基亚甲基膦酸盐中的一种或几种。

所述抛光稳定剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氨水、四甲基氢氧化铵、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、无水哌嗪、六水哌嗪、四乙基胺、异丙醇胺、氨基丙醇、乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、羟乙基乙二胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或四亚乙基五胺中的一种或几种。

所述水为去离子水或蒸馏水。所述抛光组合物的pH值为8～12。

本发明提供的抛光组合物主要适用于半导体照明LED芯片衬底、精密仪器仪表窗口等制造中的蓝宝石晶片抛光，可将各组分混合制成，其具有抛光去除速率高、循环抛光性能好的特点，循环抛光5小时后晶片去除速率仍达到10微米/小时以上；经其抛光后的蓝宝石晶片表面光滑，无划痕、麻点等表面缺陷，表面粗糙度可达到0.3纳米以下。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物，包含磨料、抛光促进剂、螯合剂、抛光稳定剂和水。

实施例1～8及对比例1～3的抛光组合物如表1所示。

表1 各实施例、比较例的抛光组合物

将制备的抛光组合物用于蓝宝石晶片的抛光，抛光条件如下：

抛光机：36GPAW单面抛光机；

被抛光的蓝宝石晶片：2英寸晶片；

抛光垫：SUBA600；

抛光压力：300克/平方厘米；

下盘转速：30转/分钟；

抛光液流量：500毫升/分钟

抛光液循环抛光时间：5小时

循环抛光：是指抛光过程中，将抛光组合物的导出口与导入口相连通，抛光组合物循环反复的对晶片进行抛光加工。每抛光1小时后，取下晶片对其进行指标评价。

抛光后，对蓝宝石晶片进行洗涤和干燥，然后测量晶片的去除速率和表面质量。用厚度仪测量抛光前后晶片的厚度差来求出去除速率；用光学显微镜观察表面缺陷(划痕、麻点等)；表面粗糙度Ra用原子力显微镜(AFM)测定。测试结果如表2、表3所示。

表面缺陷(划痕)

用光学显微镜(在100倍下)观察，对所抛光晶片的表面每隔60度取6点测定。评价标准如下：

S：划痕0条/1视野；

A：划痕1～10条/1视野；

B：划痕超过10条/1视野。

表面缺陷(麻点)

S：麻点0个/1视野；

A：麻点1～15个/1视野；

B：麻点超过15个/1视野。

表2 各实施例、比较例抛光组合物的循环抛光去除速率(微米/小时)

	1小时	2小时	3小时	4小时	5小时
						实施例1	11.05	11.20	11.03	11.19	10.58
实施例2	10.42	10.43	10.40	10.21	10.06
						实施例3	10.31	10.34	10.32	10.11	10.08
实施例4	10.63	10.56	10.58	10.61	10.15
						实施例5	10.56	10.58	10.62	10.57	10.28
实施例6	10.86	10.81	10.69	10.52	10.15
						实施例7	10.56	10.50	10.58	10.32	10.09
实施例8	10.78	10.76	10.77	10.58	10.12
						比较例1	10.12	8.25	6.03	4.16	2.85
比较例2	10.21	8.58	6.76	4.85	3.13
						比较例3	4.83	4.87	4.78	4.65	4.02

表3 各实施例、比较例抛光组合物抛光蓝宝石晶片的表面质量

由表2、表3的抛光效果可见，实施例1～8抛光组合物与比较例1～3相比较，晶片的抛光去除速率较高，且循环抛光5小时后，去除速率仍达到10微米/小时以上；被抛光晶片表面的表面粗糙度更小，均在0.3纳米以下，且表面无划痕、麻点等缺陷。

比较例1、比较例2抛光组合物含有抛光促进剂但无抛光稳定剂，起初去除速率均较高，但中后期循环抛光去除速率均下降很快，且表面划痕、麻点等缺陷不少；只是比较例2因还含有螯合剂，表面质量变好，表面缺陷减少。比较例3含有抛光稳定剂、但无螯合剂、抛光促进剂，循环抛光去除速率较稳定，但整体抛光去除速率较低，且表面缺陷划痕、麻点仍较多。

采用本发明的抛光组合物进行蓝宝石晶片抛光，去除速率高，且循环抛光稳定性好；被抛光表面粗糙度低，表面无划痕、麻点等缺陷，可用于LED芯片衬底、精密仪器仪表窗口材料的制造工艺。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于蓝宝石晶片的抛光组合物，包含磨料和水，其特征在于：还包含抛光促进剂、螯合剂和抛光稳定剂，其中，按重量百分含量，抛光促进剂为0.05～10％，螯合剂为0.1～10％，抛光稳定剂为0.01～10％。

2.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：抛光促进剂的重量百分含量为0.2～6％，螯合剂的重量百分含量为0.2～6％，抛光稳定剂的重量百分含量为0.2～6％。

3.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：所述磨料为氧化硅、氧化铝、氧化铈或氧化锆中的一种或几种，其中，氧化硅的平均粒径为10-200纳米。

4.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：磨料的重量百分含量为1～60％。

5.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：所述抛光促进剂为盐类，所述的盐类为氯化盐、硫酸盐、硝酸盐、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、乳酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、乙醇酸盐、α-羟基异丁酸盐、甘油酸盐、葡糖酸盐或水杨酸盐中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的抛光组合物，其特征在于：所述盐类为钾盐。

7.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：所述螯合剂为乙二胺四乙酸盐、丙二胺四乙酸盐、二乙基三胺五乙酸盐、三乙基四胺六乙酸盐、1，2-环己二胺四乙酸盐、氨基三亚甲基膦酸盐、羟基亚乙基二膦酸盐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、乙二胺四亚乙基膦酸盐、二乙烯三胺五亚甲基膦酸盐、二乙烯三胺五亚乙基膦酸盐、三乙烯四胺六亚乙基膦酸盐、丙二胺四亚乙基膦酸盐、丙二胺四亚甲基膦酸盐、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸盐、羟基亚乙基二膦酸盐、2-羟基膦酸基乙酸盐、己二胺四亚甲基膦酸盐、双1，6-亚己基三胺五亚甲基膦酸盐或多氨基多醚基亚甲基膦酸盐中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：所述抛光稳定剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氨水、四甲基氢氧化铵、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、无水哌嗪、六水哌嗪、四乙基胺、异丙醇胺、氨基丙醇、乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、羟乙基乙二胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或四亚乙基五胺中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于：所述抛光组合物的pH值为8～12。

10.权利要求1至9任意一个权利要求所述的抛光组合物用于蓝宝石晶片的循环抛光。