[发明专利]一种SiC衬底加工用纳米金刚石抛光液及其制备方法

说明书

本发明公开一种SiC衬底加工用纳米金刚石抛光液及其制备方法，属于超精密研磨抛光技术领域，所述抛光液由以下重量份数的原料组成：水50‑85份；金刚石微粉0.5‑15份；分散剂0.1‑5份；悬浮剂0.1‑5份；润滑剂1‑40份；消泡剂0.001‑0.1份,金刚石微粉粒度10‑1000nm，所述金刚石微粉中，耐磨磨粒/圆形磨粒颗粒数比值为1‑15:1，其中，圆度Fc＞0.950为圆形磨粒；0.900≤Fc≤0.950为耐磨磨粒。所述抛光液通过控制金刚石微粉的形貌构成，在耐磨磨粒提高抛光效率的同时，借助圆形磨粒修复表面损伤层和粗糙度，从而实现对抛光划伤的控制。

技术领域

本发明属于超精密研磨抛光领域，具体涉及一种SiC衬底加工用纳米金刚石抛光液及其制备方法。

背景技术

SiC作为第三代半导体材料的典型代表，已经形成了全球的材料、器件和应用产业链。因在高温、高频、抗辐射、大功率应用中性能卓越，故其被广泛应用于国防军备、5G移动通信、能源互联网、新能源汽车、轨道交通等核心产业。半导体产业内新一代的“黄金赛道”，带动能源革命的“绿色能源器件”等美誉，更是催化了“得SiC者得天下”的热点。

抛光的目的是去除前道研磨的划伤、凹坑等机械损伤层并降低的工件表面粗糙度。机械损伤层深度与表面粗糙度的大小与前道采用研磨液中磨料的粒度相关。通常，需要去除前道研磨液中磨料粒度的3倍厚度，才可以彻底去除前道加工引起的机械损伤层。即，若前道使用3um金刚石研磨液研磨，则后道抛光需要去除9um的余量，方可完全消除研磨引起的机械损伤层。

通常抛光使用纳米SiO₂抛光液，纳米SiO₂莫氏硬度约6.8，SiC衬底片莫氏硬度约9.5，磨料硬度远低于工件硬度，抛光效率低下，故抛光时间往往需要数小时，是制约整个加工工艺时间的瓶颈。为快速获得高质量的SiC衬底片，本发明涉及一种纳米金刚石抛光液，其可用于纳米SiO₂抛光前的工序，快速优化晶片表面粗糙度和表面损伤层，以降低整体抛光时间。但因金刚石莫氏硬度10，略高于SiC衬底片硬度，故需严格控制纳米金刚石抛光液的抛光性能，以避免抛光划伤的产生。

发明内容

本发明涉及一种SiC衬底加工用纳米金刚石抛光液及其制备方法，其可用于纳米SiO₂抛光前的工序，有效控制抛光划伤的同时，可快速优化晶片表面粗糙度和表面损伤层，以降低整体抛光时间。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种SiC衬底加工用纳米金刚石抛光液，由以下重量份数的原料组成：

水 50-85份；金刚石微粉0.5-15份；分散剂0.1-5份；悬浮剂0.1-5份；润滑剂1-40份；消泡剂0.001-0.1份。

所述金刚石微粉为单晶金刚石微粉、类多晶金刚石微粉或多晶金刚石微粉中的一种或几种的混合，金刚石微粉粒度10-1000nm。

所述金刚石微粉中耐磨磨粒/圆形磨粒颗粒数比值1-15。重点优选耐磨磨粒和圆形磨粒，耐磨磨粒用于提高抛光效率，圆形磨粒用于修复表面损伤层和粗糙度，避免划伤的产生。

使用KBKL-II型粒度图像分析仪分析耐磨磨粒与圆形颗粒的颗粒数比值。其中：圆度Fc=颗粒投影面积等效圆周长/颗粒投影实际周长，Fc＞0.950为圆形磨粒；0.900≤Fc≤0.950为耐磨磨粒。

所述分散剂选自柠檬酸钠、乳酸钠、三乙醇胺、烷基氧化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物。

所述悬浮剂为羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、膨润土、海藻酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯树脂、卡波树脂、改性聚脲中的一种或两种以上任意比例的混合物。

所述润滑剂为乙二醇、丙三醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的一种或两种以上任意比例的混合物。