[發明專利]基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液

在審

• 申請號: 202210702270.1
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115109522A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 徐梅生;肖輝亞;黃燦容;馬楠楠;李光;侯康生;韋蘇琳
• 申請（專利權）人: 深圳市永霖科技有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 北京棘龍知識產權代理有限公司 11740
• 代理人: 劉傳勇

本發明涉及基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液技術領域，尤其涉及一種包含第二相二氧化硅研磨顆粒的制備方法，包括如下步驟：步驟S1：用PH為12的堿溶液處理質量濃度為m1粒徑d1為碳化硅顆粒，并充分攪拌后離心；步驟S2：使用質量濃度為m2聚(氧乙烯)壬基苯基醚對離心后的碳化硅顆粒進行改性，室溫下充分攪拌使其混合均勻；步驟S3：使用質量濃度m3的聚碳硅烷處理，按照一定的升溫速率，并在恒定溫度T1攪拌速度r1連續攪拌t1小時；步驟S4：將上述處理后的二氧化硅研磨顆粒分散在純水中，加入質量濃度為m4的有機溶劑并調節PH值；本發明的基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液，使得制成的拋光液的摩擦磨損性能得到提高。

【技術領域】

本發明涉及基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液技術領域，尤其涉及一種包含第二相二氧化硅研磨顆粒的制備方法，有利于表面光滑度的提高。

【背景技術】

與硅(Si)器件相比，碳化硅(SiC)功率器件能有效實現電子系統的高效率、小型化和輕量化。碳化硅功率器件的能量損耗只有硅器件的50％，發熱量也只有硅器件的50％，且有更高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅功率模塊。氮化硅是一種超硬物質，并且耐磨損；在其單晶形式下，碳化硅在室溫下不受單一酸的侵蝕。碳化硅Si面Si原子有3個鍵牢牢與3個C原子相連，其中1個Si原子暴露在外形成Si的懸鍵，該鍵容易與外界其他原子反應而重構或者去除，尤其在堿性拋光液中，會削弱Si與C之間的鍵，基片的Si原子與氫氧根(OH-)發生硅氧化水反應。

在與二氧化硅研磨顆粒的拋光液相對滾動、滾滑過程中，晶圓與周圍介質發生化學反應，并伴隨著機械作用，表面疲勞而剝落，使晶圓表面受到沖蝕而產生磨損，當晶圓表面功能基團主要是Si-O-Si鍵時，其表面表現為疏水性。磨料顆粒的耐磨性與化學成分和微觀組織有關，在碳化硅材料體系內加入特定含量的第二相能提高二氧化硅研磨顆粒的摩擦磨損性能。材料的摩擦磨損機制包括機械磨損、磨粒磨損、摩擦化學反應，由于SiC第二相的作用，并且，其SiC第二相表面為親水基團氫氧根(OH-)，可增強其磨粒磨損和摩擦化學反應，本發明基于此而研發。

【發明內容】

由于SiC的高硬度和高化學穩定性，使用傳統化學機械法的材料較難去除。為克服上述的技術問題，本發明提供了基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液。

本發明解決技術問題的方案是提供基于摩擦磨損機理的單晶SiC化學機械拋光液技術領域，尤其涉及一種包含第二相的二氧化硅研磨顆粒的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：用PH為12的堿溶液處理質量濃度為m1粒徑d1為碳化硅顆粒，并充分攪拌后離心；

步驟S2：使用質量濃度為m2聚(氧乙烯)壬基苯基醚對離心后的碳化硅顆粒進行改性，室溫下充分攪拌使其混合均勻；

步驟S3：使用質量濃度m3的聚碳硅烷處理，按照一定的升溫速率，并在恒定溫度T1攪拌速度r1連續攪拌t1小時；

步驟S4：將上述處理后的二氧化硅研磨顆粒分散在純水中，加入質量濃度為m4的有機溶劑并調節PH值；

優選地，所述所述所述質量濃度m1為1-3wt％，粒徑d1為0.01-0.1μm，質量濃度m2為2-5wt％，質量濃度m3為0.5-1wt％，升溫速率為1-5℃/min，恒定溫度T1為200-300℃，攪拌速度r1為100-600rpm，t1為12-36h，質量濃度m4為0.5-1.5wt％；

優選地，所述聚碳硅烷C：Si為1:1至1.2：1；

優選地，所述拋光組合物的pH值優選為7至13，更優選為10至12；拋光組合物的pH值為10-12時，有利于表面光滑度提高；

優選地，所述溶劑包括但不限于甲苯、環己烷。

相對于現有技術，本發明具有如下優點：