CN108587567A

CN108587567A - 一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料

Info

Publication number: CN108587567A
Application number: CN201810022066.9A
Authority: CN
Inventors: 黄颖璞; 毛晓辰
Original assignee: Zhenjiang Aihaokesi Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Aihaokesi Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明提出了一种研磨抛光加工过程中使用的研磨料，其研磨料的晶型为α‑氧化铝，颗粒形状为规则的板片状；粒径D50为2～9μm，D90不高于10μm，D10不低于1.5μm，板片厚度为0.9～2.2μm；所述磨料在悬浮液中不发生沉降与絮凝；更特别的，本发明所述研磨料具有极强的化学稳定性，适用于强酸强碱环境，能够非常好的适用于碲锌镉等软脆晶片的精密研磨抛光工艺，不易嵌入晶片，不易产生划痕，并且去除速率较高。

Description

一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料

技术领域

本发明涉及一种研磨抛光加工过程中使用的研磨料，具体涉及一种以片状氧化铝粉为基，且适合碲锌镉等软脆性晶片研磨抛光加工的研磨料，属于无机非金属及晶片表面抛光技术领域。

背景技术

碲锌镉(CZT)晶体是典型的软脆性材料，具有闪锌矿结构。CZT作为半导体材料，常用于外延HgCdTe薄膜的衬底，同时也是室温核辐射探测器的首选材料，如果CZT晶锭切割后，其晶片表面存在损伤层，则其表面损伤层内的晶格周期性将会被严重破坏，从而形成空间电荷区，造成表面漏电流，最终影响CZT电极接触和器件性能；同时，CZT作为外延衬底材料，需要具有完整的超光滑表面，衬底表面存在损伤层、杂质以及微缺陷，将导致外延生长薄膜存在高位错密度以及晶格畸变等各种问题。因此，CZT单晶片表面的微裂纹、加工产生的位错、颗粒嵌入、非晶转变、残余应力等缺陷会大大降低器件的性能，甚至失效。如作为衬底，这些缺陷会转移到HgCdTe薄膜中，而作为核辐射探测器，这些缺陷会使得x射线和γ射线透过时发生折射、散射等现象，使得分辨率大大降低，直至失效。所以，鉴于一些晶体的表面质量对其作为器件和衬底材料等应用的重要影响，在晶体生长后对晶体表面进行机械加工，得到完好、无机械损伤的表面非常重要。

通常，半导体晶片表面加工方法主要包括机械研磨、机械抛光、化学抛光和化学机械抛光。而对于CZT等这些具有软而脆的特殊性能的晶片，使用传统的研磨料、抛光液进行磨抛时，非常容易在其表面产生划伤和颗粒嵌入。因此，对于CZT等具有软而脆特殊性能晶片的表面加工，研磨料的质量有着极其苛刻的要求。

目前，研磨抛光液中的磨粒主要为氧化铝、氧化铈、氧化硅等无机粒子，其磨粒形状一般为球形或多角形。由于CZT等半导体晶片的软脆特性，以球形颗粒为基的抛光液，其球状颗粒在磨抛时易嵌入晶片表面，引起表面缺陷；以多角形颗粒为基的抛光液，其多角形颗粒棱角分明，在磨抛时易划伤晶片表面，表现为抛光后表面粗糙度较大，有划痕，表面缺陷较多。另外，半导体晶片的化学机械抛光通常需要在强酸强碱环境下进行，硅溶胶等无机粒子易与强酸强碱反应，极易导致抛光液不稳定，甚至失效。这些弊端严重影响了抛光液在CZT等软脆半导体晶片精密抛光上的应用。

发明内容

本发明的目的是针对普通研磨料由于其磨粒形状为球状、多角形而不利于CZT等软脆晶片的研磨抛光加工，提供一种颗粒形状为规则板片状的氧化铝磨料，通过使分散稳定性良好的片状氧化铝磨粒平行排列于被抛光材料表面，可以最大可能地避免划痕及次表面损伤的产生，以提高软脆晶片的抛光质量。

为达到上述目标，本发明提供一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料：

研磨料晶型为α-氧化铝，颗粒形状为规则的板片状；粒径D₅₀为2～9μm，D₉₀不高于10μm，D₁₀不低于1.5μm，板片厚度为0.9～2.2μm。

本发明的研磨料要求在制备时进行分散处理，使研磨料颗粒在水溶液中不产生团聚絮凝。

主要验证步骤与解决方法为：以研磨料和去离子水质量比为1:30配制悬浮液，搅拌均匀后置于比色皿中静置，并使用分光光度计测量悬浮液吸光度，20min内悬浮液吸光度值不发生明显下降。若悬浮液吸光度发生明显下降，则调节悬浮液PH，加入聚丙烯酸铵、柠檬酸、PBTCA或聚乙二醇分散剂中的至少一种，质量分数为0.5％-1.5％，搅拌5-10min后使用。

本发明的研磨料要求在分散处理时，若加入分散剂为阴离子型分散剂，溶液PH应调节为8-10；若加入分散剂为阳离子型分散剂或非离子型分散剂，PH应调节为4-6。

本发明的研磨料具有极强的化学稳定性，适用于强酸强碱环境，能够非常好的适用于碲锌镉等软脆晶片的精密研磨抛光工艺。

本发明的有益效果在于：不同于球状、多角形磨料，形状为规则板片状的磨粒在研磨抛光时平躺于磨盘表面，以板片边缘凿削材料而去除，不易于嵌入晶片，无尖锐棱角从而不易在晶片表面产生划痕，有利于得到无划痕、损伤更低，表面质量更好的晶片。又由于板片状磨粒在研磨加工时不易发生滚动，结合其较薄的板片厚度，板片颗粒边缘锋利，能够得到更快的材料去除速率，缩短加工时间，降低生产成本。同时，本发明所使用的α-氧化铝能够耐强酸、强碱，具有极强的化学稳定性，能够适用于各种不同环境。

附图说明

图1为本发明实施例中所使用的序号1#规则薄板片状磨料的扫描电镜照片。

图2为本发明实施例中使用序号1#规则薄板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌。

图3为本发明实施例中所使用的序号2#规则薄板片状磨料的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例中使用序号2#规则薄板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌。

图5为本发明实施例中所使用的序号3#规则厚板片状磨料的扫描电镜照片。

图6为本发明实施例中使用序号3#规则厚板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌。

图7为本发明实施例中所使用的序号4#多角形磨料的扫描电镜照片。

图8为本发明实施例中使用序号4#多角形磨料研磨后晶片表面宏观形貌。

具体实施方式

试验选用不同颗粒形状的研磨料对碲锌镉晶片进行机械研磨，研磨料尺寸及相关参数见表1。所用晶片为尺寸为3cm×4cm的碲锌镉单晶。

表1本发明用磨料及对比磨粒相关参数

	形状	D₅₀/μm	D₁₀/μm	D₉₀/μm	厚度/μm
						1#	规则薄板片	3.34	1.72	6.08	0.9-1.4
2#	规则薄板片	4.94	2.56	8.98	0.9-1.4
						3#	规则厚板片	4.26	2.25	7.20	1.7-2.2
4#	多角形	3.98	1.84	8.69	-

对选用的四种磨料进行悬浮液中的分散性验证：以磨料和去离子水质量比为1:30配制悬浮液，搅拌均匀后置于比色皿中静置，并使用分光光度计测量悬浮液吸光度，观察悬浮液吸光度随静置时间变化，确定悬浮液分散性。

实施例1

选用1#规则薄板片状研磨料，其颗粒形状见图1。主要实验步骤为：

(1)配制研磨液：以去离子水为溶剂配制研磨液，调节悬浮液PH为9，加入聚丙烯酸铵分散剂，质量分数为0.8％，搅拌5min后待用。

(2)晶片研磨：使用英国进口的Logitech-PM5精密抛光机对晶片进行机械研磨，采用4英寸磨头，平板玻璃实验磨盘，磨盘转速为10RPM，研磨压力为19N，研磨时间为5min，研磨液流量以保证液体充分润湿磨盘为宜。

(3)晶片表面形貌观察：使用OLYMPUS-BX51光学显微镜观察研磨后晶片表面宏观形貌。

1#规则薄板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌见图2，可知晶片表面完好无划痕。

实施例2

选用2#规则薄板片状磨料，粒径D₅₀为4.94μm，其颗粒形状见图3。主要实验步骤为：

(1)配制研磨液：以去离子水为溶剂配制研磨液，调节悬浮液PH为4，加入聚乙二醇分散剂，质量分数为1％，搅拌5min后待用。

2#规则薄板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌见图4，可知晶片表面完好无划痕。

实施例3

选用3#规则厚板片状磨料，其颗粒形貌见图5。主要实验步骤为：

(1)配制研磨液：以去离子水为溶剂配制研磨液，调节悬浮液PH为9，加入PBTCA分散剂，质量分数为0.7％，搅拌5min后待用。

3#规则厚板片状磨料研磨后晶片表面宏观形貌见图6，可知晶片表面完好无划痕。

实施例4

选用4#多角形磨料，其颗粒形状见图7。主要实验步骤为：

(1)配制研磨液：以去离子水为溶剂配制研磨液，调节悬浮液PH为8，加入柠檬酸分散剂，质量分数为1％，搅拌5min后待用。

4#多角形磨料研磨后晶片表面宏观形貌见图8，可知晶片表面产生较多划痕。

可以发现，颗粒形状为多角形的4#磨料研磨后在晶片表面产生较多划痕，晶片表面质量较差。本发明实施例的1#，2#，3#磨料研磨后晶片表面均不出现明显划痕，可得到表面质量完好的晶片。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：研磨料晶型为α-氧化铝，颗粒形状为规则的板片状，粒径D50为2～9μm，D90不高于10μm，D10不低于1.5μm，板片厚度为0.9～2.2μm。

2.根据权利要求1所述的一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：研磨料在水溶液中不发生快速沉降、不产生团聚絮凝；验证步骤与解决方法为：以研磨料和去离子水按1:30的质量比配制悬浮液，搅拌均匀后置于比色皿中静置，并使用分光光度计测量悬浮液吸光度，20min内悬浮液吸光度值不发生明显下降；若悬浮液吸光度发生明显下降，则调节悬浮液PH，加入分散剂，搅拌5-10min后使用。

3.按权利要求2所述的一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：若原始研磨料在水溶液中发生快速沉降、团聚絮凝，分散剂选自聚丙烯酸铵、柠檬酸、PBTCA或聚乙二醇中的至少一种，质量分数为0.5％-1.5％。

4.按权利要求2或3所述的一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：加入分散剂为阴离子型分散剂时，溶液PH调节为8-10；加入分散剂为阳离子型分散剂或非离子型分散剂时，PH调节为4-6。

5.按权利要求1、2、3所述的一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：研磨料适用于碲锌镉软脆晶片的精密研磨抛光工艺。

6.按权利要求4所述的一种适用于碲锌镉软脆晶片研磨抛光的研磨料，其特征在于：研磨料适用于碲锌镉软脆晶片的精密研磨抛光工艺。