[发明专利]氧化镓晶片抗解理抛光液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光液，特别涉及一种氧化镓晶片抗解理抛光液及其制备方法。

背景技术

近年来，氧化镓(β-Ga2O3)作为新型氮化镓(GaN)衬底材料，晶格失配低至8.5％，隶属单斜晶系。该材料禁带宽度为4.8～4.9eV，可见光波段透过率大于80％，最短透过波长为260nm，基于高亮度LED对衬底材料的性能要求，其透光性堪与蓝宝石相媲美。氧化镓作为n型半导体，在导电性方面与SiC颇为相似。该材料兼具蓝宝石突出的透光性与碳化硅优良的导电性，且能够通过熔体法进行大尺寸单晶生长，是代替蓝宝石和碳化硅的理想GaN衬底材料，市场前景广阔。

随着高亮、高效LED技术的发展需要，衬底表面抛光技术面临着更为苛刻的要求，确保晶片表面的高度完整性：表面超光滑、晶体结构完整、无缺陷、无损伤、无变质层，对表面粗糙度要求达到了亚纳米级。化学机械抛光(CMP)技术是目前获得超光滑无损表面最为行之有效的措施之一，结合了纳米抛光磨料的机械去除作用和抛光液的化学作用，进而能够高效、高质量的获取镜面抛光表面。氧化镓(β-Ga2O3)作为新兴的光电子材料，只有少数大公司和科研院所能够对其晶体进行生长，该材料晶片的超精抛光技术，尤其是抛光液技术，目前掌握于该领域内的核心科研机构。氧化镓晶体材料不但具有传统光电子材料(如蓝宝石、碳化硅)的硬脆性特征(莫氏硬度为5～6)，抛光过程中极易产生划伤、塌边等缺陷，而且还具有独特的易解理特性，解理面为100面，对抛光压力、应力集中、温度极具敏感性，抛光不仅缓慢，尤其容易产生贯穿解理裂纹、局部解理坑点等缺陷，会对后氧化镓晶片的使用造成较大损失。

目前主流的碱性硅溶胶抛光液，基本上是利用碱性环境下晶片表面材质发生化学反应，再经机械去除作用实现晶片抛光加工，然而并没有考虑氧化镓材料的解理特性，难以实现晶片表面的无损伤超镜面抛光，因此，对于氧化镓晶片CMP加工工艺，尤其是专用抗解理型抛光液的研发，显得尤为迫切！

发明内容

发明目的：本发明针对在氧化镓晶片抛光过程中，抛光速率低，成本高，易产生贯穿解理裂纹、解理坑点、划伤、塌边等问题，提供一种氧化镓晶片抗解理抛光液及其制备方法。本发明通过大量实验优选得到的氧化镓晶片抗解理抛光液，使用方便、制备方 法简易，化学作用强且与机械作用相匹配、抛光效率高，晶片表面质量优异、无缺陷、无损伤、粗糙度Ra值可达亚纳米级，该抛光液可适用于专业氧化镓晶片抗解理化学机械抛光，可克服现有技术的不足。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采用的主要技术方案为：

一种氧化镓晶片抗解理抛光液，它由下列重量百分比的原料制成：

纳米级硅溶胶40％～60％，纳米级辅助混合磨料1％～5％，pH值调节剂0.5％～3％，表面活性剂0.1％～3％，络合剂0.05％～3％，消泡剂0.002％～0.02％，杀菌剂0.001％～0.02％，助清洗剂0.01％～0.1％，其余的为去离子水。

作为优选方案，以上所述的氧化镓晶片抗解理抛光液，它由下列重量百分比的原料制成：

纳米级硅溶胶40％～50％，纳米级辅助混合磨料3％～5％，pH值调节剂0.5％～3％，表面活性剂2％～3％，络合剂：1％～2％，消泡剂：0.01％～0.02％，杀菌剂0.01％～0.02％，助清洗剂：0.01％～0.05％，其余的为去离子水。

作为优选方案，以上所述的氧化镓晶片抗解理抛光液，所述的纳米级硅溶胶中二氧化硅颗粒的重量百分含量为40％，二氧化硅颗粒粒径为10～15nm，二氧化硅胶团颗粒粒径≤50nm。

作为优选方案，以上所述的氧化镓晶片抗解理抛光液，所述的纳米级辅助混合磨料为氧化锆、氧化钛和氧化铈中一种或它们的混合物；磨料粒径≤50nm，平均粒径略大于二氧化硅颗粒的粒径；所述的纳米级辅助混合磨料的莫氏硬度为5.5～6.5。纳米级辅助混合磨料的莫氏硬度均低于二氧化硅(SiO₂)的莫氏硬度7，与氧化镓(β-Ga₂O₃)的莫氏硬度5～6更为接近。

作为优选方案，以上所述的氧化镓晶片抗解理抛光液，所述的pH值调节剂为无机碱pH值调节剂和有机碱pH值调节剂按重量比1：1～5组成，无机碱pH值调节剂为氢氧化钾，有机碱pH值调节剂为乙醇胺，乙二胺，三乙胺或三乙醇胺中的任意一种或多种的混合物，本发明通过大量实验筛选pH值调节剂的组成，其中有机碱均不含金属离子，有机胺碱不仅能够调节抛光液的pH值，而且有稳定抛光液pH值的效用，及充当部分络合剂的作用。