[發明專利]水基6H-SiC單晶襯底化學機械拋光液及其制備方法

無效

• 申請號: 201110192011.0
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102337082A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 蘇建修;高虹;鄭素真;洪源;陳錫渠;杜家熙;付素芳;王占合
• 申請（專利權）人: 河南科技學院
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體照明及光電子加工中的化學機械拋光技術，屬于晶體材料加工技術領域。特別涉及一種6H-SiC單晶片全局平面化的化學機械拋光液及其制備方法。

背景技術

導體照明是21世紀最具發展前景的高技術領域之一。半導體照明器件的核心是發光二極管(LED，Light?Emitting?Diode)，LED的心臟是一個半導體芯片。目前，制造LED芯片的核心技術是在襯底上制作氮化鎵(GaN)基的外延片，這種LED被稱為GaN基LED，廣泛用于半導體照明。當前用于GaN基LED的襯底材料比較多，但是能用于商品化的襯底材料，目前只有兩種，即藍寶石(Al₂O₃)和碳化硅(SiC)襯底。其它諸如GaN、Si、ZnO襯底還處于研發階段，離產業化還有一段距離。

新型的半導體材料SiC單晶襯底有化學穩定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見光、特有的大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高電子遷移率等特性，成為制作高溫、高頻、大功率、抗輻射、短波長發光及光電集成器件的理想襯底材料，成為國際上半導體照明、微電子、光電子及新材料領域研究的熱點。目前，SiC是除了Al2O3襯底外用于氮化鎵(GaN)外延的主要商品化襯底材料，在市場上的占有率位居第二。由于SiC襯底有益的導電性能和導熱性能，可以較好地解決功率型GaN基LED器件的散熱問題，故在半導體照明技術領域占重要地位。SiC單晶基片已成為半導體照明領域中不可或缺的襯底材料。

SiC有250多種多型體，只有6H-SiC和4H-SiC具有商用價值。目前SiC的外延襯底為6H-SiC、4H-SiC。

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，LED燈不含鉛和汞等有害物質，無頻閃，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。采用LED照明可大幅減少電力需求，進一步減少溫室氣體排放。世界很多國家和地區紛紛出臺政策，扶持半導體照明產業的發展。根據理論預期，半導體照明發光效率可以達到400lm/W左右，是節能燈預期效率的3-4倍。按照技術發展預期，如果半導體照明光源的發光效率達到200lm/W以上，并取代傳統照明光源，則至少可使我國的照明用電每年節省1/3以上。按照當前的照明用電量計算，每年節電近1000億度，超過三峽工程的全年發電量，并減少二氧化碳排放1億多噸。

SiC基器件的使用性能和制造成本是制約微電子、光電子等產業發展重要因素，而器件的使用性能與SiC單晶基片表面加工質量密切相關，因此，如何高精度、高質量、高效率和低成本地實現SiC單晶基片超光滑無損傷表面的加工已成為超精密加工技術領域的前沿性研究課題。目前，SiC單晶基片的加工主要沿用晶體基片傳統加工工藝：內圓鋸切片、游離磨料研磨和化學機械拋光(CMP)，化學機械拋光已被證明是最好的超光滑無損傷表面平坦化方法。LED襯底技術一直被日本和美國所壟斷，在全球范圍至今只有少數國外的研究機構和幾個半導體公司掌握SiC單晶的生長、加工技術。現公開的專利文獻和非專利文獻沒有這方面的報道。

發明內容

本發明的目的是針對半導體照明及光電子加工中的SiC單晶片化學機械拋光技術中存在的技術問題，提供一種去除率高、無損傷、污染小的半導體照明用SiC單晶片化學機械拋光液及其制備方法，該拋光液也可用于其它硬脆材料的化學機械拋光。

本發明的技術解決方案如下：

半導體照明領域SiC單晶襯底超光滑無損傷化學機械拋光液的組成成分重量百分比如下：

磨料選用納米SiO₂水溶膠、Al₂O₃及納米金剛石微粉，平均粒徑是10～250nm；

分散穩定劑為聚乙烯醇、聚丙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或兩種或三種的混合物，按重量百分比計，其在拋光液中的總濃度為0.05～15％；

化學添加劑為1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、乙醇胺、三乙醇胺、1，3-丁二醇、過氧化氫中的一種或兩種或三種的混合物，按重量百分比計，其在拋光液中的總濃度為0.05～25％；

潤滑劑為一種球形納米粉末，其粒徑為1～5nm，其在拋光液總量的0.001～5％；

PH調節劑為氨水、乙醇胺、三乙醇胺、異丙醇胺、二羥乙基乙二胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種以上的混合物，其在拋光液總量的0.001～2％；

去離子水電阻率大于15MΩ·cm。

制備方法：