藍寶石化學機械拋光液作用研究

 光電子領域是 21 世紀最具發展前景的高科技領域之一, 其中, 發光二級管 (LED) 憑借其低工作電壓、 低功耗、高效率、長壽命、固體化、快響應速度以及驅動電路簡單等優點, 成為相當重要的半導體電子元件。 目前, 藍寶石基片是 LED 工業的首選襯底, 藍寶石表面的質量對 LED 器件的質量和性能有著非常重要的 影響。因此, 在生產藍寶石基片時, 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格的要求, 長期 以來倍受關注 [1]。如今化學機械拋光 (CMP) 是惟一可實現全局平坦化的拋光方法, 而且由于其成本相對較 低等優點, 也是迄今為止惟一可以在藍寶石生產中大規模應用的拋光方法。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、分散穩定性好、具有一定的拋光性 能且拋光后缺陷低, 廣泛應用于集成電路 (IC) 化學機械拋光液中, 其中藍寶石基片化學機械拋光液所用磨 料即為硅溶膠。

   近年來, 國內外對藍寶石拋光液的研究取得了較大的進展, 多款商業硅溶膠及拋光液已得到了廣泛應 用, 并對其作用機制開展了相關研究。美國新澤西州立大學 Honglin Zhu 等人 [3] 研究了水相介質對藍寶石 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, 保證了表面質量。烏克蘭國家科學院 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 元素反應得到的, 并給出了反應方程式。 盡管如此, 目前藍寶石的 CMP 拋光機理尚不明確。

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