CN104592897A - 一种含有石墨烯的化学机械抛光液 - Google Patents

一种含有石墨烯的化学机械抛光液 Download PDF

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Abstract

一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：无机纳米颗粒10~50wt%、化学添加剂0.01-5wt%、余量为pH调节剂和水；所述无机纳米颗粒至少包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为0.01~10wt%。本发明中公开的化学机械抛光液在抛光蓝宝石等高硬度材料时具有以下有益效果：由于石墨烯颗粒的硬度高，所以抛光速度快；效率高；抛光蓝宝石等高硬度材料的表面粗糙度低，无明显橘皮、腐蚀坑或划伤等缺陷。

Description

一种含有石墨烯的化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及一种抛光液，具体涉及一种用于高硬度材料的化学机械抛光液。
背景技术
化学机械抛光技术是非常重要的表面平坦化技术，广泛地应用于集成电路芯片的制备、硅片抛光、蓝宝石晶片、SiC晶片、金属面板等材料和器件的制备。不断提高抛光效率和表面质量是化学机械抛光技术主要发展方向。化学机械抛光技术是通过磨料的机械作用和化学成分的化学作用相互协同来获得超平坦的表面，其中磨料对于抛光效率起着重要的作用。
现有技术中公开的化学机械抛光液主要包括无机研磨剂和化学添加剂两部分，并用pH调节剂进行调节，一般的无机研磨剂采用胶体二氧化硅。由于集成电路芯片领域对材料的表面的性能要求高，对于不同的材料应用化学机械抛光技术进行抛光时获得的效果也不一样。不同组分的化学机械抛光液都会最终影响材料的性能。现有技术中化学机械抛光液中在应用时，为了达到良好的抛光质量，其抛光效率仍然不高，造成生产滞后和生产成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械抛光液，用于克服现有技术中抛光速率低，不能兼顾抛光效果的问题。
为实现上述目的，本发明是采取以下的具体技术方案实现的：
一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            10～50wt％
化学添加剂              0.01-5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒至少包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为0.01～10wt％。
优选地，所述无机纳米颗粒为20～40wt％。
优选地，所述石墨烯的质量百分含量为0.5～5wt％。
优选地，所述无机纳米颗粒包括氧化铝或氧化铈中的一种或两种。
优选地，所述石墨烯的粒径为100～5000nm。
更优选地，所述石墨烯的粒径为100～500nm。
优选地，所述化学添加剂选自络合剂和表面活性剂中的一种或两种。
优选地，所述络合剂选自乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和酒石酸钾钠中的一种或多种。
优选地，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯硫酸钠、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇聚氧乙烯基醚、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
优选地，所述化学机械抛光液的pH为9～10。
本发明还公开了一种制备如上述所述化学机械抛光液的方法，包括以下步骤：
1)将无机纳米颗粒制成溶胶；
2)加入石墨烯粉体或石墨烯分散液，搅拌；
3)加入化学添加剂，混合即得。
本发明还公开了以一种如上述所述化学机械抛光液在抛光高硬度材料上的应用。
具体地，所述高硬度材料为蓝宝石材料。
本发明中公开的化学机械抛光液在抛光蓝宝石材料时具有以下有益效果：
1)抛光速度快；效率高；
2)抛光蓝宝石材料的表面粗糙度低，无明显橘皮、腐蚀坑或划伤等缺陷。
本发明中的化学机械抛光液克服了现有技术中的种种缺陷而具有创造性。
具体实施方式
本发明将通过下列实施例进一步加以详细描述，下列实施例仅用来举例说明本发明，而不对本发明的范围作任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现的修改和变化均包括在本发明及所附权利要求的范围内。
本实施例中的蓝宝石衬底抛光测试的仪器及参数如下：
A.仪器：抛光机(Speedfam 36GPAW)
B.条件：压力(Down Force)：400g/cm2
抛光盘转速(Pad Speed):60rpm
抛光头转速(Carrier Speed):60rpm
温度：35～60℃
抛光液流速(Feed Rate)：1～2L/min
C.抛光液：取实施例抛光液进行测试。
采用Speedfam 36GPAW抛光机对2英寸C向蓝宝石衬底进行抛光。
实施例1
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            20wt％
化学添加剂              0.5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为1wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～200nm。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9.5。
实施例2
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            30wt％
化学添加剂              2wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为5wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～500nm。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9.8。
实施例3
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            40wt％
化学添加剂              5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为4wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～200nm。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9.5。
实施例4
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            30wt％
化学添加剂              5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为3wt％。
具体地，所述无机纳米颗粒包括氧化铝和氧化铈，其中氧化铝的含量为5wt％；氧化铈含量为5wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～500nm。
具体地，所述化学添加剂选自表面活性剂。
具体地，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为10。
实施例5
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            20wt％
化学添加剂              0.5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为1wt％。
具体地，所述无机纳米颗粒包括氧化铝，其中氧化铝的质量百分含量为6wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～200nm。
具体地，所述化学添加剂选自络合剂和表面活性剂。
具体地，所述络合剂选自乙二胺四乙酸。所述络合剂的质量百分含量为0.2wt％
具体地，所述表面活性剂选自聚氧乙烯硫酸钠。所述表面活性剂的质量百分含量为0.3wt％。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9.3。
实施例6
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            50wt％
化学添加剂              3wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为10wt％。
具体地，所述无机纳米颗粒包括氧化铝。所述氧化铝的质量百分含量为10wt％。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～400nm。
具体地，所述化学添加剂选自络合剂和表面活性剂中。
具体地，所述络合剂选自乙二胺四乙酸四钠。所述络合剂的质量百分含量为1wt％。
具体地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵。所述表面活性剂的质量百分含量外2wt％。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9.3。
实施例7
本实施例公开了一种化学机械抛光液，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒            35wt％
化学添加剂              1wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为3wt％。
具体地，所述无机纳米颗粒包括氧化铝。
具体地，所述石墨烯的粒径为100～200nm。
具体地，所述化学添加剂选自络合剂和表面活性剂。
具体地，所述络合剂选自乙二胺四乙酸。所述络合剂的质量百分含量为0.1wt％
具体地，所述表面活性剂选自聚氧乙烯醚磷酸酯。所述表面活性剂的质量百分含量为0.9wt％。
具体地，所述化学机械抛光液的pH为9。
上述实施例1～7经过以下步骤获得化学机械抛光液：
1)将无机纳米颗粒制成溶胶；
2)加入石墨烯粉体或石墨烯分散液，搅拌；
3)加入化学添加剂，混合即得。
将实施例1～7中配方制备的化学机械抛光液应用于蓝宝石材料的化学机械抛光上，经抛光后测得其抛光速率和粗糙度见下表表1所示：
表1
实施例 抛光速率(mg/min) 粗糙度RMS(nm)
1 2 1.22
2 3.8 1.57
3 1.7 1.89
4 3.6 0.98
5 2.9 1.60
6 1.9 0.97
7 3 1.01
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光液，其特征在于，以所述化学机械抛光液的总质量计，所述化学机械抛
光液包括以下组分及重量百分含量：
无机纳米颗粒    10～50wt％
化学添加剂      0.01-5wt％
余量为pH调节剂和水；
所述无机纳米颗粒至少包括二氧化硅和石墨烯；以所述化学机械抛光液的总质量计，所述石墨烯的质量百分含量为0.01～10wt％。
2.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述无机纳米颗粒包括氧化铝或氧化铈中的一种或两种。
3.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述石墨烯的粒径为100～5000nm。
4.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述化学添加剂选自络合剂和表面活性剂中的一种或两种。
5.如权利要求4所述化学机械抛光液，其特征在于，所述络合剂选自乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和酒石酸钾钠中的一种或多种。
6.如权利要求4所述化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯硫酸钠、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇聚氧乙烯基醚、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
7.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH为9～10。
8.一种制备如权利要求1～7任一项所述化学机械抛光液的方法，包括以下步骤：
1)将无机纳米颗粒制成溶胶；
2)加入石墨烯粉体或石墨烯分散液，搅拌；
3)加入化学添加剂，混合即得。
9.如权利要求1～7任一项所述化学机械抛光液在抛光蓝高硬度材料上的应用。
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