一种晶片抛光用抛光液及其制备方法与流程

1.本发明属于抛光技术领域，具体地，涉及一种晶片抛光用抛光液及其制备方法。


背景技术：

2.碳化硅(sic)作为最具代表性的第三代宽禁带半导体材料，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和迁移速度、低相对介电常数和耐高温等特点，被认为是用作高温和高频光电子器件的理想材料。由于sic晶片表面的质量对其器件的性能有至关重要的影响，因此在应用中对其加工表面质量具有严格的要求。目前，化学机械抛光是获得超光滑无损伤sic晶片表面最有效的加工方法之一。
3.抛光液是化学机械抛光技术的核心，对化学机械抛光过程中的化学作用和机械作用起着决定性的作用。一般来说，抛光液由抛光粉、去离子水、氧化剂、分散剂。在配制抛光液时，悬浮性对抛光液质量好坏起着决定性作用，若悬浮性差，则抛光粒容易产生团聚现象。团聚的抛光粉相当于增加了抛光粒的粒度，进而导致加工表面产生划痕，并且抛光粒团聚会导致抛光粒与玻璃表面总接触面积减少，降低抛光效率。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种晶片抛光用抛光液及其制备方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种晶片抛光用抛光液，包括抛光粉、去离子水、氧化剂、分散剂和ph调节剂；
7.所述抛光粉通过如下步骤制备：
8.将磨粒加入甲苯中，超声分散10-20min，然后加入改性剂和四氢呋喃，在温度为20℃条件下搅拌分散1h，然后加入三氟乙酸继续搅拌20-24h，离心分离，用甲苯进行离心洗涤，最后置于120℃真空条件下干燥，得到抛光粉。改性剂在三氟乙酸的催化作用下，在磨粒表面发生溶胶-凝胶反应，在聚合物的表面接枝了改性剂，即在磨粒表面覆盖了一层聚合物，通过对磨粒表面进行修饰，提高制备的抛光粉的分散性。
9.进一步地，所述磨粒为al2o3、ceo2中的一种，磨粒的粒径范围为30-500nm。
10.进一步地，磨粒、改性剂和三氟乙酸的用量比为1g：0.5g：50mg。
11.进一步地，氧化剂为过氧化氢。
12.进一步地，ph调节剂为硝酸。
13.进一步地，所述改性剂通过如下步骤制备：
14.步骤一、在温度为0℃条件下，将支化单体和二氯甲烷混合，然后加入三乙胺和4-二甲氨基吡啶，然后滴加2-溴异丁酰溴，滴加过程中控制滴加速度，维持温度不超过5℃，滴加结束后，保持温度不变，搅拌2h，然后升温至20℃，继续搅拌反应16h，反应结束后，经过过滤，将得到的滤液旋蒸除去溶剂，经过真空干燥，得到改性单体；支化单体中的羟基与2-溴异丁酰溴作用，得到改性单体，改性单体与甲基(3-异丙氧基硅基)丙基丙烯酸酯在吡啶、溴
化亚铜和氯化亚铜的共同催化作用下发生自由基聚合反应，得到改性剂。
15.步骤二、在氮气保护条件下，将改性单体、甲基(3-异丙氧基硅基)丙基丙烯酸酯加入苯甲醚中，加入吡啶，搅拌分散，然后加入溴化亚铜和氯化亚铜，搅拌分散后，升温至80℃，搅拌反应5h，反应结束后减压浓缩除去溶剂，用乙腈沉淀，经过真空干燥，得到改性剂。改性剂具有一定的两亲性，对磨粒进行处理后，有机无机杂化处理，兼具两亲性和固磨粒的性能，改性剂中含有的支化结构，利用了超支化聚合物良好的溶解性、低粘度和不易缠结的分子链等特性，配合有机非离子型分散剂，在抛光液中具有良好的分散稳定性，且具有良好的抗氧化稳定性，悬浮性更好。
16.进一步地，步骤一中支化单体、三乙胺、4-二甲氨基吡啶和2-溴异丁酰溴的用量比为1g：0.5ml：50mg：0.5g。
17.进一步地，步骤二中改性单体、甲基(3-异丙氧基硅基)丙基丙烯酸酯、吡啶、溴化亚铜和氯化亚铜的用量比为1g：0.5g：50mg：10mg：20mg。
18.进一步地，支化单体通过如下步骤制备：
19.在氮气保护条件下，将0.5g乙二胺和6ml乙醇混合，将3g聚丙二醇二缩水甘油醚(mn＝500)和3g聚乙二醇二缩水甘油醚(mn＝640)于乙醇混合后滴加到乙二胺中，在温度为25℃条件下搅拌反应24h，反应结束后，减压蒸馏除去乙醇，加入正己烷搅拌分散，静置除去上层液体，得到超支化聚醚胺；
20.将超支化聚醚胺和环氧基笼状倍半硅氧烷和乙醇混合，搅拌分散，在氮气保护条件下加热回流反应24h，反应结束后，在thf中透析72h(截留分子量为9kd)，透析结束后旋转蒸发除去多余溶剂，真空干燥，得到支化单体。聚醚胺具有良好的亲水性，笼状倍半硅氧烷具有良好的化学惰性和低表面能，稳定性好，通过引入环氧基笼状倍半硅氧烷，以笼状倍半硅氧烷和聚醚胺为原料制备支化单体。
21.进一步地，超支化聚醚胺和环氧基笼状倍半硅氧烷的质量比为9：1。
22.进一步地，所述分散剂属于有机非离子型分散剂，具体为烷基酚聚乙烯醚。非离子型分散剂不易吸附在待抛光物体表面上，易于清洗；不受酸碱度影响，稳定性好；具有良好的润湿、扩散、增溶和抗静电能力。
23.一种晶片抛光用抛光液的制备方法，包括如下步骤：
24.按照重量百分比将氧化剂加入去离子水中，然后加入抛光粉和分散剂，加入去离子水至所需体积，用ph调节剂调节ph值为4-6，磁力搅拌10min，得到抛光液。
25.进一步地，氧化剂的重量百分比为10-30％、抛光粉的重量百分比为5-10％、分散剂的重量百分比为5-10％，余量为去离子水。
26.本发明的有益效果：
27.为解决抛光液悬浮性较差的问题，本发明中制备了一种抛光粉，通过对磨粒进行处理，自制的改性剂在三氟乙酸的催化作用下，在磨粒表面发生溶胶-凝胶反应，得到抛光粉，修饰后，抛光液的稳定性得到提高。
28.改性剂具有一定的两亲性，对磨粒进行处理后，有机无机杂化处理，兼具两亲性和固磨粒的性能，配合有机非离子型分散剂，在抛光液中具有良好的分散稳定性。本发明制备的抛光粉不易发生团聚，加工表面不易产生划痕；抛光粉的分散性好，增加了抛光粉与晶片的总接触面积，提高了抛光效率。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.制备支化单体：
32.在氮气保护条件下，将0.5g乙二胺和6ml乙醇混合，将3g聚丙二醇二缩水甘油醚(mn＝500)和3g聚乙二醇二缩水甘油醚(mn＝640)于乙醇混合后滴加到乙二胺中，在温度为25℃条件下搅拌反应24h，反应结束后，减压蒸馏除去乙醇，加入正己烷搅拌分散，静置除去上层液体，得到超支化聚醚胺；
33.将9g超支化聚醚胺和1g环氧基笼状倍半硅氧烷和50ml乙醇混合，搅拌分散，在氮气保护条件下加热回流反应24h，反应结束后，在四氢呋喃中透析72h(截留分子量为9kd)，透析结束后旋转蒸发除去多余溶剂，真空干燥，得到支化单体。
34.实施例2
35.制备改性剂：
36.步骤一、在温度为0℃条件下，将实施例1制备的支化单体和二氯甲烷混合，然后加入三乙胺和4-二甲氨基吡啶，然后滴加2-溴异丁酰溴，滴加过程中控制滴加速度，维持温度不超过5℃，滴加结束后，保持温度不变，搅拌2h，然后升温至20℃，继续搅拌反应16h，反应结束后，经过过滤，将得到的滤液旋蒸除去溶剂，经过真空干燥，得到改性单体；其中，支化单体、三乙胺、4-二甲氨基吡啶和2-溴异丁酰溴的用量比为1g：0.5ml：50mg：0.5g。
37.步骤二、在氮气保护条件下，将改性单体、甲基(3-异丙氧基硅基)丙基丙烯酸酯加入苯甲醚中，加入吡啶，搅拌分散，然后加入溴化亚铜和氯化亚铜，搅拌分散后，升温至80℃，搅拌反应5h，反应结束后减压浓缩除去溶剂，用乙腈沉淀，经过真空干燥，得到改性剂。其中，改性单体、甲基(3-异丙氧基硅基)丙基丙烯酸酯、吡啶、溴化亚铜和氯化亚铜的用量比为1g：0.5g：50mg：10mg：20mg。
38.实施例3
39.所述抛光粉通过如下步骤制备：
40.将磨粒加入甲苯中，超声分散10min，然后加入实施例2制备的改性剂和四氢呋喃，在温度为20℃条件下搅拌分散1h，然后加入三氟乙酸继续搅拌20h，离心分离，用甲苯进行离心洗涤，最后置于120℃真空条件下干燥，得到抛光粉。其中，磨粒为al2o3，磨粒的粒径范围为30-500nm。磨粒、改性剂和三氟乙酸的用量比为1g：0.5g：50mg。
41.实施例4
42.所述抛光粉通过如下步骤制备：
43.将磨粒加入甲苯中，超声分散20min，然后加入实施例2制备的改性剂和四氢呋喃，在温度为20℃条件下搅拌分散1h，然后加入三氟乙酸继续搅拌24h，离心分离，用甲苯进行离心洗涤，最后置于120℃真空条件下干燥，得到抛光粉。其中，磨粒为ceo2，磨粒的粒径范围为30-500nm。磨粒、改性剂和三氟乙酸的用量比为1g：0.5g：50mg。
44.实施例5
45.一种晶片抛光用抛光液的制备方法，包括如下步骤：
46.按照重量百分比将过氧化氢加入去离子水中，然后加入实施例3制备的抛光粉和烷基酚聚乙烯醚，加入去离子水至所需体积，用硝酸调节ph值为6，磁力搅拌10min，得到抛光液。其中，过氧化氢的重量百分比为10％、抛光粉的重量百分比为5％、烷基酚聚乙烯醚的重量百分比为5％，余量为去离子水。
47.实施例6
48.一种晶片抛光用抛光液的制备方法，包括如下步骤：
49.按照重量百分比将过氧化氢加入去离子水中，然后加入实施例4制备的抛光粉和烷基酚聚乙烯醚，加入去离子水至所需体积，用硝酸调节ph值为4，磁力搅拌10min，得到抛光液。其中，过氧化氢的重量百分比为15％、抛光粉的重量百分比为10％、烷基酚聚乙烯醚的重量百分比为10％，余量为去离子水。
50.实施例7
51.一种晶片抛光用抛光液的制备方法，包括如下步骤：
52.按照重量百分比将过氧化氢加入去离子水中，然后加入实施例4制备的抛光粉和烷基酚聚乙烯醚，加入去离子水至所需体积，用硝酸调节ph值为4，磁力搅拌10min，得到抛光液。其中，过氧化氢的重量百分比为30％、抛光粉的重量百分比为10％、烷基酚聚乙烯醚的重量百分比为10％，余量为去离子水。
53.对比例1
54.将实施例5中的抛光粉换成al2o3，粒径范围为30-500nm，其余原料及制备过程保持不变。
55.对比例2
56.将实施例7中的抛光粉换成ceo2，粒径范围为30-500nm，其余原料及制备过程保持不变。
57.对实施例5-实施例7与对比例1-对比例2制备的样品进行测试；抛光过程中，压力为300g/cm2，抛光盘转速是70r/min，抛光液流量为4ml/min，温度为25-30℃，时间为60min。
58.表面粗糙度ra测试：在相同的条件下，利用粗糙度仪进行检测。
59.抛光速率测试：抛光速率可通过抛光前后碳化硅晶片质量变化来计算，即抛光速率＝抛光前后的移除量/抛光时间。
60.测试结果如下表1所示：
61.表1
[0062] 实施例5实施例6实施例7对比例1对比例2粗糙度/nm0.050.040.0432去除率/(nm/min)280300300220200静置72h不分层不分层不分层分层分层
[0063]
本发明通过对抛光粉进行处理制备出抛光液，从测试数据可知，制备的抛光液具有良好的储存稳定性，且抛光效率高。
[0064]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而
且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。