藍寶石化學(xué)機械拋光液作用研究
光電子領(lǐng)域是 21 世紀(jì)最具發(fā)展前景的高科技領(lǐng)域之一, 其中, 發(fā)光二級管 (LED) 憑借其低工作電壓、 低功耗、高效率、長壽命、固體化、快響應(yīng)速度以及驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點, 成為相當(dāng)重要的半導(dǎo)體電子元件。 目前, 藍寶石基片是 LED 工業(yè)的首選襯底, 藍寶石表面的質(zhì)量對 LED 器件的質(zhì)量和性能有著非常重要的 影響。因此, 在生產(chǎn)藍寶石基片時, 對最后一道拋光加工工序有很高的要求, 要求藍寶石基片的表面超光滑、 無缺陷, 且粗糙度 Ra 小于 0.2 nm, 這也成為了藍寶石襯底最重要的制程。但是, 由于藍寶石晶體材料硬度 高、脆性大、有化學(xué)惰性, 屬于典型的極難加工材料之一, 因此, 如何讓拋光加工滿足日益嚴(yán)格的要求, 長期 以來倍受關(guān)注 [1]。如今化學(xué)機械拋光 (CMP) 是惟一可實現(xiàn)全局平坦化的拋光方法, 而且由于其成本相對較 低等優(yōu)點, 也是迄今為止惟一可以在藍寶石生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的拋光方法。硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒 在水中或溶劑中的分散液, 屬于膠體溶液, 無臭、無毒, 由于它價格低廉、分散穩(wěn)定性好、具有一定的拋光性 能且拋光后缺陷低, 廣泛應(yīng)用于集成電路 (IC) 化學(xué)機械拋光液中, 其中藍寶石基片化學(xué)機械拋光液所用磨 料即為硅溶膠。
近年來, 國內(nèi)外對藍寶石拋光液的研究取得了較大的進展, 多款商業(yè)硅溶膠及拋光液已得到了廣泛應(yīng) 用, 并對其作用機制開展了相關(guān)研究。美國新澤西州立大學(xué) Honglin Zhu 等人 [3] 研究了水相介質(zhì)對藍寶石 拋光的重要性, 提出在以氧化鋁為磨料的拋光過程中, 藍寶石表面會形成一層硬度較小、易于去除的水化層, 從而促進了去除速率, 保證了表面質(zhì)量。烏克蘭國家科學(xué)院 E.A. Vovk 等人 [4] 利用 X 射線光電子能譜分析 (XPS) 對藍寶石基片進行表面元素分析以及深度分析, 推測出被二氧化硅拋光過的藍寶石基片表面會生成 硅鋁化合物, 該化合物為 Al2SiO5, 是由二氧化硅與離子形式的 Al 元素反應(yīng)得到的, 并給出了反應(yīng)方程式。 盡管如此, 目前藍寶石的 CMP 拋光機理尚不明確。
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