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二氧化硅PK氧化铝!究竟谁是蓝宝石抛光液的主流?
2020年06月29日    阅读量:44    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

蓝宝石具有良好的光学、热学、介电性能和优良的力学性能,同时具有优良的化学稳定性和热稳定性能以及抗辐射性能,是一种综合性能优良的多功能晶体材料,广泛应用于半导体外延衬底材料包括氮化镓衬底、SOI衬底(SOS),光学窗口以及激光基质材料等。

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正因为蓝宝石具有特别稳定的化学性质和很高的硬度,这就增加了蓝宝石材料的加工难度。蓝宝石晶片加工过程面临许多技术挑战,其中就包括抛光这一工艺过程中国建材网cnprofit.com


蓝宝石抛光液中的主要成分有磨料、pH调节剂、表面活性剂、螯合剂等,抛光液是影响CMP(化学机械抛光)效果最重要的因素之一。评价抛光液性能好坏的指标是流动性好,分散均匀,在规定时间内不能产生团聚、沉淀、分层等问题,磨料悬浮性能好,抛光速率快,易清洗且绿色环保等。


其中,磨料主要影响化学机械抛光中的机械作用。磨料的选用主要从磨料的种类、浓度以及粒径三个方面来考虑。目前CMP抛光液中常用的磨料主要有金刚石、氧化铝、氧化硅等单一磨料,也有氧化硅/氧化铝混合磨料以及核壳型的复合磨料等。


氧化铝磨料表面细腻,质地坚硬,耐磨性好,耐腐蚀,适用于多种材料的表面研磨抛光处理,市面上最常用的就是性能优良的α-Al2O3磨料。氧化铝磨料的缺点是分散性和选择性较差,抛光液的粘度大,不易清洗。并且由于α-Al2O3磨料的硬度与蓝宝石相近,在抛光过程中容易对工件表面造成新的损伤。但由于氧化铝磨料的抛光速率优于二氧化硅磨料,LED产业的市场前景广阔,未来Al2O3抛光液在CMP中的作用会更加重要,近些年来氧化铝抛光液的研究方向主要集中在纳米磨料制备,氧化铝表面改性以及氧化铝抛光液混合应用等方面。


二氧化硅磨粒硬度适中、颗粒大小可控,抛光选择性好,可制备成分散性能优良的硅溶胶,广泛应用于单晶硅、SiO2介质层、碲锌镉晶体、钛合金、镍基合金、铜、蓝宝石晶体等材料的精密抛光。纳米级的二氧化硅表面活性高,能够与蓝宝石(α-Al2O3)表面发生固相化学反应生成质地较软的反应层。二氧化硅的莫氏硬度为7,其硬度高于反应层的硬度且低于基体材料的硬度,因而在抛光过程中既能去除反应层,又不会对基体表面造成新的损伤。


基于以上的分析,有研究者认为,目前蓝宝石抛光行业主流采用的仍是纳米二氧化硅作为抛光液,最后得到抛光表面的粗糙度(Ra,原子力显微镜测试)均在0.3nm以下。在抛光过程中,二氧化硅抛光液与蓝宝石表面反应生成硅酸铝的二水化合物。


尽管三氧化二铝磨料可以作为蓝宝石抛光液,但由于现在生产的三氧化二铝磨料一般是通过煅烧、研磨、筛选而得,要想得到均匀一致性好、粒径达到纳米级的三氧化二铝很困难。最致命的是三氧化二铝硬度大,抛光表面划伤严重;粘度大,抛光表面不易清洗干净,很难保证抛光材料的表面平整度。


尽管也有报道三氧化二铝作为抛光液,但目前大多在试验阶段,主要存在的问题有:


(a)对设备的转速要求较高;


(b)蓝宝石表面粗糙度相对较大;


(c)表面缺陷稍多;


(d)成本较高。


参考资料:


王绍臣:蓝宝石精密磨削及化学机械抛光研究,大连理工大学


张保国,刘玉岭:蓝宝石晶片加工中的技术关键和对策,河北工业大学天津市电子材料与器件重点实验室


标签:今日头条技术中心精细化学品化工原料
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