藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液作用研究

 光電子領(lǐng)域是 21 世紀(jì)最具發(fā)展前景的高科技領(lǐng)域之一, 其中, 發(fā)光二級(jí)管 (LED) 憑借其低工作電壓、 低功耗、高效率、長(zhǎng)壽命、固體化、快響應(yīng)速度以及驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 成為相當(dāng)重要的半導(dǎo)體電子元件。 目前, 藍(lán)寶石基片是 LED 工業(yè)的首選襯底, 藍(lán)寶石表面的質(zhì)量對(duì) LED 器件的質(zhì)量和性能有著非常重要的 影響。因此, 在生產(chǎn)藍(lán)寶石基片時(shí), 對(duì)最后一道拋光加工工序有很高的要求, 要求藍(lán)寶石基片的表面超光滑、 無缺陷, 且粗糙度 Ra 小于 0.2 nm, 這也成為了藍(lán)寶石襯底最重要的制程。但是, 由于藍(lán)寶石晶體材料硬度 高、脆性大、有化學(xué)惰性, 屬于典型的極難加工材料之一, 因此, 如何讓拋光加工滿足日益嚴(yán)格的要求, 長(zhǎng)期 以來倍受關(guān)注 [1]。如今化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP) 是惟一可實(shí)現(xiàn)全局平坦化的拋光方法, 而且由于其成本相對(duì)較 低等優(yōu)點(diǎn), 也是迄今為止惟一可以在藍(lán)寶石生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的拋光方法。硅溶膠為納米級(jí)的二氧化硅顆粒 在水中或溶劑中的分散液, 屬于膠體溶液, 無臭、無毒, 由于它價(jià)格低廉、分散穩(wěn)定性好、具有一定的拋光性 能且拋光后缺陷低, 廣泛應(yīng)用于集成電路 (IC) 化學(xué)機(jī)械拋光液中, 其中藍(lán)寶石基片化學(xué)機(jī)械拋光液所用磨 料即為硅溶膠。

   近年來, 國內(nèi)外對(duì)藍(lán)寶石拋光液的研究取得了較大的進(jìn)展, 多款商業(yè)硅溶膠及拋光液已得到了廣泛應(yīng) 用, 并對(duì)其作用機(jī)制開展了相關(guān)研究。美國新澤西州立大學(xué) Honglin Zhu 等人 [3] 研究了水相介質(zhì)對(duì)藍(lán)寶石 拋光的重要性, 提出在以氧化鋁為磨料的拋光過程中, 藍(lán)寶石表面會(huì)形成一層硬度較小、易于去除的水化層, 從而促進(jìn)了去除速率, 保證了表面質(zhì)量。烏克蘭國家科學(xué)院 E.A. Vovk 等人 [4] 利用 X 射線光電子能譜分析 (XPS) 對(duì)藍(lán)寶石基片進(jìn)行表面元素分析以及深度分析, 推測(cè)出被二氧化硅拋光過的藍(lán)寶石基片表面會(huì)生成 硅鋁化合物, 該化合物為 Al2SiO5, 是由二氧化硅與離子形式的 Al 元素反應(yīng)得到的, 并給出了反應(yīng)方程式。 盡管如此, 目前藍(lán)寶石的 CMP 拋光機(jī)理尚不明確。

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