一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液及其制备方法转让专利
申请号 : CN201911012859.3
文献号 : CN110938378B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 孙韬
申请人 : 宁波日晟新材料有限公司
摘要 :
本发明公开了一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至2.5‑6.0。本发明的抛光液，解决了氧化锌晶体的含氧晶面抛光效率低和表面容易出现橘皮现象的技术问题；同时，抛光表面无坑点、无划伤，完全满足后道电子元器件的生产要求。本发明还公开了一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液的制备方法。
权利要求 :
1.一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其特征在于，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至2.5‑
6.0；所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛中的至少一种，外壳为离子化丙烯酸衍生物树脂；所述电解质为有机盐电解质，所述有机盐电解质为有机羧酸盐和有机磺酸盐；所述表面活性剂为含硅表面活性剂和含氟表面活性剂；所述含硅表面活性剂为阴离子型有机硅表面活性剂；所述含氟表面活性剂为磺酸盐类氟碳表面活性剂或非离子型氟碳表面活性剂；其中，所述核壳结构的纳米复合颗粒以丙烯酸甲酯作为反应介质，按磨料占丙烯酸甲酯质量的1‑20%加入磨料，超声辅助机械搅拌，进行均匀分散；再将单体N,N,N‑三甲基甲铵丙烯酸盐及单体1,4‑丁二醇二丙烯酸酯按质量比为1：1‑5加入至所述反应介质中，通过溶液聚合反应的方式进行反应，得到所述核壳结构的纳米复合颗粒，其外壳为玻璃化温度范围在70‑110℃的离子化丙烯酸衍生物树脂。
2.如权利要求1所述的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其特征在于，所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料0.1%wt‑40%wt、电解质0.05%wt‑5%wt、表面活性剂1%wt‑35%wt、余量为去离子水。
3.如权利要求1所述的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其特征在于，所述pH调节剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、盐酸、硫酸、苯甲酸、水杨酸中的至少一种。
4.如权利要求1‑3任一项所述的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：称取固定含量的磨料加入到固定含量的去离子水中，搅拌均匀，再加入固定含量的电解质和表面活性剂，进一步搅拌均匀；
S2：最后加入pH调节剂，调整pH值至2.5‑6.0，充分搅拌均匀后，得到所述用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液。
说明书 :
一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及氧化锌晶体氧面的抛光材料技术领域，具体涉及一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液及其制备方法。
背景技术
[0002] 现代制造业的发展目标是工业4.0的智能制造，智能制造的皇冠是超精密制造，而超精密表面皇冠的明珠就是超精密无损伤表面的加工。例如超大型集成电路芯片的制造已
经进入7纳米节制成，在这种超精密制造过程中，器件的特征都在纳米级别，接近人类神经
元系统。如果没有超精密表面加工的保证，最先进的超大型集成电路芯片的制造无法完成。
目前超大型集成电路芯片的抛光从设备，工艺，到抛光液都已经形成了一个完整体系，确保
了超大型集成电路芯片制造技术可以顺利延伸与发展。
经进入7纳米节制成，在这种超精密制造过程中，器件的特征都在纳米级别，接近人类神经
元系统。如果没有超精密表面加工的保证，最先进的超大型集成电路芯片的制造无法完成。
目前超大型集成电路芯片的抛光从设备，工艺，到抛光液都已经形成了一个完整体系，确保
了超大型集成电路芯片制造技术可以顺利延伸与发展。
[0003] 第三代化合物半导体材料随5G，清洁能源、光电高效转换芯片、智能设备与终端设备产业的发展正在异军突起，将成为未来产业发展的最新力量。氧化锌单晶半导体材料就
是其中具有高能带、光电效应以及成本优势的新型第三代化合物半导体材料的一个具有广
泛应用场景的新材料。但是，氧化锌晶体的含氧晶面与含锌晶面相比，抛光效率很低，表面
容易出现橘皮现象。
是其中具有高能带、光电效应以及成本优势的新型第三代化合物半导体材料的一个具有广
泛应用场景的新材料。但是，氧化锌晶体的含氧晶面与含锌晶面相比，抛光效率很低，表面
容易出现橘皮现象。
[0004] 因此，亟需研发一种用于第三代半导体氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，以提高氧化锌晶体含氧晶面的抛光效率和表面质量，从而完全满足后道电子元器件的生产要求。
发明内容
[0005] 鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液及其制备方法，以解决氧化锌晶体的含氧晶面抛光效率低，表面容易出现橘
皮现象的技术问题；同时，抛光表面无坑点、无划伤，完全满足后道电子元器件的生产要求。
皮现象的技术问题；同时，抛光表面无坑点、无划伤，完全满足后道电子元器件的生产要求。
[0006] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至2.5‑6.0。
[0008] 优选的，所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料0.1%wt‑40%wt、电解质0.05%wt‑5%wt、表面活性剂1%wt‑35%wt、余量为去离子水。
[0009] 优选的，所述磨料为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛中的至少一种。
[0010] 所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛中的至少一种，外壳为离子化丙烯酸衍生物树脂。
[0011] 优选的，所述电解质为有机盐电解质，所述有机盐电解质为有机羧酸盐，氨基酸盐，有机磺酸盐，有机磷盐，有机铵盐中的至少一种；更优选的，所述有机盐电解质为有机羧
酸盐和/或有机磺酸盐。
酸盐和/或有机磺酸盐。
[0012] 优选的，所述表面活性剂为含硅表面活性剂和/或含氟表面活性剂。
[0013] 优选的，所述含硅表面活性剂为阴离子型有机硅表面活性剂；所述含氟表面活性剂为磺酸盐类氟碳表面活性剂和/或非离子型氟碳表面活性剂。
[0014] 优选的，所述pH调节剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、盐酸、硫酸、苯甲酸、水杨酸中的至少一种。
[0015] 相应的、如上述的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液的制备方法，其包括以下步骤：
[0016] S1：称取固定含量的磨料加入到固定含量的去离子水中，搅拌均匀，再加入固定含量的电解质和表面活性剂，进一步搅拌均匀；
[0017] S2：最后加入pH调节剂，调整pH值至2.5‑6.0，充分搅拌均匀后，得到所述用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明的抛光液，通过引入表面活性物质改性氧化锌晶体含氧表面，大大提高了抛光效率，同时引入合适的电解质以平衡化学与机械抛光之间的作用力，解决了表面橘皮
现象，实现后道外延工序所需要的无缺陷超精密表面。
现象，实现后道外延工序所需要的无缺陷超精密表面。
[0020] 本发明的电解质适用于促进氧化锌晶体含氧晶面的去除，从而进一步提高了抛光效率。
[0021] 本发明的抛光液，用于第三代半导体氧化锌晶体含氧晶面的抛光，抛光表面无坑点、无划伤，提高了氧化锌晶体的表面质量，完全满足后道电子元器件的生产要求。
具体实施方式
[0022] 以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0023] 一种用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至2.5‑6.0。
[0024] 本发明抛光液中，氧化锌晶体含氧晶面在酸性条件下更加利于进行抛光操作，抛光表面质量高。
[0025] 优选的，所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料0.1%wt‑40%wt、电解质0.05%wt‑5%wt、表面活性剂1%wt‑35%wt、余量为去离子水。
[0026] 优选的，所述磨料为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛中的至少一种。
[0027] 所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛中的至少一种，外壳为离子化丙烯酸衍生物树脂。
[0028] 核壳结构的纳米复合颗粒以丙烯酸甲酯作为反应介质，按磨料占丙烯酸甲酯质量的1‑20%加入磨料，超声辅助机械搅拌，进行均匀分散；再将单体N,N,N‑三甲基甲铵丙烯酸
盐及单体1,4‑丁二醇二丙烯酸酯按质量比为1：1‑5加入至所述反应介质中，通过溶液聚合
反应的方式进行反应，得到所述核壳结构的纳米复合颗粒，其外壳为玻璃化温度范围在70‑
110℃的离子化丙烯酸衍生物树脂。所述单体总合占离子化丙烯酸衍生物树脂总重的3‑6%。
盐及单体1,4‑丁二醇二丙烯酸酯按质量比为1：1‑5加入至所述反应介质中，通过溶液聚合
反应的方式进行反应，得到所述核壳结构的纳米复合颗粒，其外壳为玻璃化温度范围在70‑
110℃的离子化丙烯酸衍生物树脂。所述单体总合占离子化丙烯酸衍生物树脂总重的3‑6%。
[0029] 优选的，所述电解质为有机盐电解质，所述有机盐电解质为有机羧酸盐，氨基酸盐，有机磺酸盐，有机磷盐，有机铵盐中的至少一种；更优选的，所述有机盐电解质为有机羧
酸盐和/或有机磺酸盐。
酸盐和/或有机磺酸盐。
[0030] 优选的，所述表面活性剂为含硅表面活性剂和/或含氟表面活性剂。
[0031] 优选的，所述含硅表面活性剂为阴离子型有机硅表面活性剂；所述含氟表面活性剂为磺酸盐类氟碳表面活性剂和/或非离子型氟碳表面活性剂。
[0032] 磺酸盐类氟碳表面活性剂相对具有更好的耐氧化性，对强酸、电解质敏感性小；非离子型氟碳表面活性剂在水溶液中不电离，由于其在水中不电离，故对PH值稳定性高，受电
解质、无机盐的影响也小。
解质、无机盐的影响也小。
[0033] 优选的，所述pH调节剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、盐酸、硫酸、苯甲酸、水杨酸中的至少一种。
[0034] 相应的、如上述的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液的制备方法，其包括以下步骤：
[0035] S1：称取固定含量的磨料加入到固定含量的去离子水中，搅拌均匀，再加入固定含量的电解质和表面活性剂，进一步搅拌均匀；
[0036] S2：最后加入pH调节剂，调整pH值至2.5‑6.0，充分搅拌均匀后，得到所述用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液。
[0037] 本发明的磨料，优选的是具有核壳结构的纳米复合颗粒；离子化丙烯酸衍生物树脂外壳具有良好的亲水、亲油平衡性，有利于带电量的环境稳定性，易于使磨料粒子表面形
成双电层，增加颗粒之间的静电斥力，从而减弱颗粒沉降趋势，提高了磨料在抛光液中的悬
浮性和流动性，与表面活性剂的协同作用，进一步提高抛光液在氧化锌晶体氧面的抛光效
率；使磨料易于使用，储存时间长，提高了其循环利用的寿命。
成双电层，增加颗粒之间的静电斥力，从而减弱颗粒沉降趋势，提高了磨料在抛光液中的悬
浮性和流动性，与表面活性剂的协同作用，进一步提高抛光液在氧化锌晶体氧面的抛光效
率；使磨料易于使用，储存时间长，提高了其循环利用的寿命。
[0038] 本发明的抛光液，通过引入表面活性物质改性氧化锌晶体含氧表面，大大提高了抛光效率，同时引入合适的电解质以平衡化学与机械抛光之间的作用力，解决了表面橘皮
现象，实现后道外延工序所需要的无缺陷超精密表面。抛光液中表面活性剂和电解质在酸
性条件下具有较好的稳定性，提高了抛光液的抛光效率和循环利用的寿命。
现象，实现后道外延工序所需要的无缺陷超精密表面。抛光液中表面活性剂和电解质在酸
性条件下具有较好的稳定性，提高了抛光液的抛光效率和循环利用的寿命。
[0039] 将本发明的抛光液用于第三代半导体氧化锌晶体含氧晶面的抛光，极大提高了抛光效率，且抛光表面无坑点、无划伤，氧化锌晶体的表面质量高，完全满足后道电子元器件
的生产要求。
的生产要求。
[0040] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明， 本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0041] 实施例1
[0042] 本实施例用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至4.8。
[0043] 所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料26%wt、电解质3%wt、表面活性剂26%wt、余量为去离子水。
[0044] 所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核分别为氧化硅和氧化铈，外壳均为离子化丙烯酸衍生物树脂，氧化硅和氧化铈的质量比为5：
1。
1。
[0045] 所述电解质由质量比为1：1的有机羧酸盐和有机磺酸盐组成。
[0046] 所述表面活性剂由质量比为3：2的阴离子型有机硅表面活性剂和磺酸盐类氟碳表面活性剂组成。
[0047] 所述pH调节剂由质量比为3.2：1的柠檬酸、盐酸组成。
[0048] 实施例2
[0049] 本实施例用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至2.5。
[0050] 所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料12%wt、电解质5%wt、表面活性剂18%wt、余量为去离子水。
[0051] 所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核分别为氧化硅和氧化钛，外壳均为离子化丙烯酸衍生物树脂，氧化硅和氧化铈的质量比为3：
1。
1。
[0052] 所述电解质由质量比为2：3的有机羧酸盐和有机磺酸盐。
[0053] 所述表面活性剂由质量比为1：1的阴离子型有机硅表面活性剂和非离子型氟碳表面活性剂组成。
[0054] 所述pH调节剂由质量比为1：2.9的酒石酸、硫酸组成。
[0055] 实施例3
[0056] 本实施例用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，所述抛光液由以下原料组成：磨料、电解质、表面活性剂和去离子水；并采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至6。
[0057] 所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料30%wt、电解质1%wt、表面活性剂30%wt、余量为去离子水。
[0058] 所述磨料为核壳结构的纳米复合颗粒，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核分别为氧化硅和氧化铝，外壳均为离子化丙烯酸衍生物树脂，氧化硅和氧化铈的质量比为2：
1。
1。
[0059] 所述电解质由质量比为1：1.2的有机羧酸盐和有机磺酸盐组成。
[0060] 所述表面活性剂由质量比为3：1的阴离子型有机硅表面活性剂和磺酸盐类氟碳表面活性剂组成。
[0061] 所述pH调节剂由质量比为4.6：1的草酸、盐酸组成。
[0062] 实施例4
[0063] 本实施例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料16%wt、电解质5%wt、
表面活性剂28%wt、余量为去离子水。采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至3.7。
表面活性剂28%wt、余量为去离子水。采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至3.7。
[0064] 所述电解质为有机盐电解质，所述有机盐电解质由质量比为2：1的有机羧酸盐，氨基酸盐组成。
[0065] 实施例5
[0066] 本实施例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述原料中各组分在抛光液中质量百分比为：磨料36%wt、电解质1.5%
wt、表面活性剂18%wt、余量为去离子水。采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至5.3。
wt、表面活性剂18%wt、余量为去离子水。采用pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至5.3。
[0067] 所述电解质为有机盐电解质，所述有机盐电解质由质量比为2：3的有机磺酸盐，有机磷盐组成。
[0068] 对比例1
[0069] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述磨料以常规硅溶胶的方式添加至抛光液中。
[0070] 对比例2
[0071] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述抛光液中未含电解质。
[0072] 对比例3
[0073] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂。
[0074] 对比例4
[0075] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述表面活性剂仅为阴离子型有机硅表面活性剂。
[0076] 对比例5
[0077] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述表面活性剂仅为磺酸盐类氟碳表面活性剂。
[0078] 对比例6
[0079] 本对比例的用于氧化锌晶体氧面抛光的抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述表面活性剂仅为非离子型氟碳表面活性剂。
[0080] 将实施例1‑5和对比例1‑6制备得到的抛光液，进行性能测试，其结果如表1所示：
[0081] 外观观察：通过肉眼观察的方式，判断各表面外观的瑕疵情况和是否出现橘皮现象；采用光泽仪测试各工件表面的光泽度。
[0082] 抛光效率测试：将所制样品在圣高单面抛光机上抛光。其测试条件如下：下压：10 psi，下盘以及载盘转速80 RPM，抛光液流速：100 ml/分钟，抛光垫材料：黑色阻尼布；抛光
时间30分钟。氧化锌薄片用于抛光测试。以抛光液在金属表面的切削率来判断抛光效率。
时间30分钟。氧化锌薄片用于抛光测试。以抛光液在金属表面的切削率来判断抛光效率。
[0083]
[0084] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明
的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和
改进都落入要求保护的本发明的范围内。
的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和
改进都落入要求保护的本发明的范围内。