[发明专利]蓝宝石衬底材料的复合碱抛光液及其循环使用方法

说明书

技术领域

本发明属于CMP抛光液及使用方法，尤其涉及一种蓝宝石衬底材料的复合碱抛光液及其循环使用方法。

背景技术

蓝宝石单晶(Sapphire)，又称白宝石，分子式为Al₂O₃，透明，与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能，有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，对红外线透过率高，有很好的耐磨性,硬度仅次于金刚石，达莫氏9级，在高温下仍具有较好的稳定性，熔点为2030℃，所以被广泛应用于工业、国防、科研等领域，越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承等高技术领域中零件的制造材料。

作为继Si、GaAs之后的第三代半导体材料的GaN，其在器件上的应用被视为20世纪90年代后半导体最重大的事件，使得半导体发光二极管(LED)和激光器上了一个新的台阶。由于GaN是很难制备的材料，必须在其它衬底材料上生长薄膜。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，其中蓝宝石是最主要的衬底材料(90％)，目前已能在蓝宝石上外延出高质量的GaN材料，并已研制出GaN基蓝色发光二极管及激光二极管。

随着世界范围内节能减排任务的推进，冷光源被越来越多的国家所提倡并采用。但由于性价比较低，该技术发展放缓。低成本、高效率的实现LED衬底材料蓝宝石晶体的表面加工是提高性价比的关键因素之一，随着蓝宝石衬底材料需求量的日益增加及表面质量要求的日益提高，对蓝宝石衬底表面加工技术的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种蓝宝石衬底材料的复合碱抛光液及其循环使用方法,抛光液采用复合碱的形式，无机碱的强碱性可有效提高抛光去除速率，多羟基有机碱通过不断释放羟基而保障抛光液pH的稳定性，从而保障循环抛光过程中抛光液的化学作用,解决了抛光速率低、效率低的技术问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种蓝宝石衬底材料的复合碱抛光液,其特征是：其主要组成按重量％计，包括重量浓度2-50wt％以及粒径15-150nm的纳米SiO₂水溶胶10-50％、0.05-1％的活性剂，0.1-1％的螯合剂，0.1-2％pH调节剂，pH调节剂为无机碱和有机碱的混合物构成复合碱，所述无机碱0.05-1.5％，有机碱0.05-0.5％。

所述复合碱抛光液的制备方法，按重量％计,将无机碱0.05-1.5％,加入去离子水稀释至完全溶解，边搅拌边加入0.05-0.5％的有机碱混合后作为pH调节剂；取44-89.65％的去离子水，边搅拌边加入纳米SiO₂水溶胶，随后边搅拌边依次加入0.05-1％的活性剂，0.1-1％的螯合剂，0.1-2％pH调节剂。

所述活性剂为FA/O I型非离子表面活性剂、O_II-7((C_1OH₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)、O_II-10((C_1OH₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₁₀-H)、O-20(C_12-18H_25-37-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇₀-H)、或JFC的一种或几种混合。

所述pH调节剂的pH值为9-13。

所述pH调节剂中的无机碱包括KOH、NaOH的一种或两种混合；有机碱包括羟乙基二胺、三乙醇胺、四羟基乙二胺或四羟乙基乙二胺的一种或几种混合。

所述的螯合剂为FA/O II型螯合剂。

所述蓝宝石衬底材料的复合碱抛光液的循环使用方法，其特征是：依据随抛光次数的增加去除速率逐渐降低的规律，根据工艺要求去除的厚度设定抛光时间，当去除速率达不到工艺要求值时，抛光液停止循环使用；具体抛光液循环使用的实施步骤为，取制备好的抛光液10Kg，抛光液流量100g/min-300g/min，抛光压力0-0.2MPa，抛光转速40-60rpm，抛光温度30-40℃，当抛光速率小于等于1.5微米/小时，抛光液停止循环使用。