[发明专利]一种抛光用纳米团粒氧化铝及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米磨料制备技术领域，一种抛光用纳米团粒氧化铝及其制备方法和应用，包括如下步骤：(1)将纳米氧化铝、减水剂、陶瓷结合剂和聚醚醚酮分散于水中，经超声搅拌混合均匀，得到混合料浆，再经喷雾造粒，制得复合磨料胚体；(2)将复合磨料胚体与氯化钠混合均匀，再进行高温烧结；(3)步骤(2)烧结后的混合物经水洗、干燥，制得纳米团粒氧化铝。本发明用纳米团粒氧化铝作为磨料，通过小粒径喷雾造粒合成大颗粒，相较于传统α‑氧化铝，在保持高硬度，高切削力的同时，原晶粒径小，形貌为球形，能够同时保证更好的粗糙度。

技术领域

本发明属于纳米磨料制备技术领域，涉及一种纳米团粒氧化铝制备方法和抛光应用。

背景技术

碳化硅(SiC)是成为制作高温、高频和大功率电力电子器件的理想半导体材料，是第三代半导体的主要代表之一，相比于传统的硅基产品，其制成的器件能为电力电子产品的升级提供核心保障，比如新能源车、充电桩、光伏发电等领域。随着半导体工业的飞速发展，电子器件尺寸越来越小，对晶圆表面要求也越来越高，要求晶片表面粗糙度达到纳米级。

传统的平坦化技术，仅可实现局部平坦化，而化学机械抛光技术(CMP)不仅可以实现全局平坦化，而且在加工性能和速度上均优于传统的平坦化技术。对于碳化硅晶片的CMP，抛光液是非常重要的耗材。现有技术中，因碳化硅晶片硬度较高，传统的抛光液，加工效率很低，生产成本提高，抛光表面容易出现划痕等问题。

目前由于α-氧化铝硬度较高而被广泛应用于研磨抛光耗材中，但应用于碳化硅抛光液中的较少，且无限定形貌，大多为不规则形貌。这就导致在抛光碳化硅时，大粒径时虽然去除率较高，但容易造成划痕，导致粗糙度较大；小粒径时粗糙度较小，但去除率也较低。而纳米团粒氧化铝是由小粒径纳米氧化铝团聚形成大颗粒氧化铝，在保证高去除率的同时，又能保持较低的粗糙度。然而目前关于纳米团粒氧化铝应用于碳化硅抛光液的报道还较少。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米团粒氧化铝及其制备方法和抛光应用。

本发明的技术方案如下：

一种抛光用纳米团粒氧化铝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纳米氧化铝、减水剂、陶瓷结合剂和聚醚醚酮分散于水中，经超声搅拌混合均匀，得到混合料浆，再经喷雾造粒，制得复合磨料胚体；

(2)将复合磨料胚体与氯化钠混合均匀，再进行高温烧结；

(3)步骤(2)烧结后的混合物经水洗、干燥，制得纳米团粒氧化铝。

优选地，步骤(1)所述喷雾造粒采用喷雾干燥机的转速为30000±20000rpm，喷雾造粒的温度为300±100℃，时间6±3h。

优选地，步骤(2)所述复合磨料胚体与氯化钠的质量比为1:1-5:1；所述高温烧结温度为250-500℃，时间为1-5h。

优选地，步骤(2)所述复合磨料胚体与氯化钠的质量比为3:1；所述高温烧结温度为350℃，时间为3h。

优选地，按质量份计，步骤(1)混合料浆的配比为：纳米氧化铝微粉10-30％、聚醚醚酮10-30％、减水剂1-10％、陶瓷结合剂10-30％、水20-60％；所述减水剂为木质素磺酸钠，所述陶瓷结合剂为低温熔融玻璃粉。其中，氧化铝增多时，减水剂减少；陶瓷结合剂和聚醚醚酮量可调控团粒粒径。

优选地，步骤(1)混合料浆的配比为：纳米氧化铝微粉15-25％、聚醚醚酮15-25％、减水剂2-5％、陶瓷结合剂15-25％、水30-50％；所述纳米氧化铝的纯度≥99.9％，纳米氧化铝粒径为10-200nm，聚醚醚酮的粒径为10-200nm。

优选地，步骤(1)超声功率为800-1500W，时间为30±20min；步骤(3)干燥温度为120±30℃；干燥时间为5±3h。