[发明专利]一种水溶性高分子包覆异型硅溶胶、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种水溶性高分子包覆异型硅溶胶、制备方法及应用，该异型硅溶胶的原料重量百分比组成为：聚多元醇，0.01‑1wt%，分子量在200‑20000之间；水溶性高分子，0.01‑5wt%，分子量在10000‑500000之间；硅溶胶原料，5‑50wt%；余量为去离子水。该异型硅溶胶的物理结构为不规则异型，且由水溶性高分子包覆构成。采用该硅溶胶制成的抛光液，由于水溶性高分子（聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸）的加入可在晶片表面形成保护膜，有效降低抛光过程中晶片表面的微缺陷，从而显著降低晶片表面粗糙度，同时能够保证较高的抛光去除速率。

技术领域

本发明涉及硅溶胶以及蓝宝石衬底抛光技术领域，具体涉及一种水溶性高分子包覆异型硅溶胶、制备方法及应用。

背景技术

硅溶胶为纳米级的二氧化硅在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO₂含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为SiO₂.nH₂O。制备硅溶胶有不同的途径。最常用的方法有离子交换法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。硅溶胶的离子交换工艺为美国的NALCO公司在上世纪40年代开发，后由美国杜邦公司等在五，六十年代完善，目前为最成熟也是最为广泛使用的工艺。该工艺对水玻璃、离子交换树脂等材料以及操作工艺有一定的要求，而这些正是国内产品的弱势。相对来说，硅粉一步水解法的工艺比较简单，目前在国内被广泛使用。然而，用该法制备的硅溶胶虽然纯度较高，但颗粒大小在10-20纳米左右，故通常只是被大量使用在铸造等行业，而在精密抛光、催化剂等许多要求更高的领域则无广泛应用。硅烷水解法制备的硅溶胶虽然球形度均一，但颗粒较软，且成本太高，也很难应用于精密抛光领域。目前，各学者对于异型硅溶胶已经有了一定的研究，但因其颗粒的不均一，若将其应用于精密抛光领域，虽然提高了抛光去除速率，但也会带来被抛光晶片表面缺陷增多，表面粗糙度升高的问题。

随着LED衬底技术的发展，蓝宝石晶圆由4英寸取代2英寸成为了主流，并向6英寸甚至更大尺寸发展。当晶圆尺寸为2-4英寸时，通过在超光滑晶圆表面(一般表面粗糙度Ra≤0.3nm)生长过渡层，可以克服氮化镓在Al₂O₃衬底生长时的晶格失配问题，但随着晶圆向6英寸甚至更大尺寸发展，以及器件对平整度的更高要求(表面粗糙度Ra≤0.2nm)，如何降低蓝宝石衬底表面微缺陷同时提高晶圆抛光速率、加工效率成为亟待解决的问题。

目前，普遍采用硅溶胶磨料的抛光液对蓝宝石衬底进行化学机械抛光技术，抛光后衬底表面粗糙度行业标准为Ra≤0.3nm，抛光去除速率一般企业要求为3-4μm/h。其中，硅溶胶磨料占抛光液固含量的90％以上。硅溶胶作为磨料的抛光液在抛光蓝宝石过程中主要存在抛光速率低、表面粗糙度偏高的问题。采用的磨料也均为球形磨料，对于水溶性高分子包覆异型硅溶胶作为磨料未见报道。

申请号为201410838043.7的中国专利公开了一种含多孔二氧化硅磨料的抛光液及其制备方法，该多孔二氧化硅磨料为多孔二氧化硅颗粒通过如下方法制备获得：采用聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂吸附于二氧化硅实心球颗粒表面，再利用氢氧化钠刻蚀形成表面具有多孔结构的多孔二氧化硅颗粒。该方法是对二氧化硅固体颗粒进行表面修饰，制备多孔二氧化硅颗粒，所制备的二氧化硅固体颗粒为多孔颗粒，并不是水溶性高分子包覆异型硅溶胶。该抛光液的抛光速率为80-100nm/min，抛光后表面粗糙度为0.19-0.25nm。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种水溶性高分子包覆异型硅溶胶、制备方法及应用。该异型硅溶胶的物理结构为不规则异型，且由水溶性高分子包覆构成。采用该硅溶胶制成的抛光液，由于水溶性高分子(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸)的加入可在晶片表面形成保护膜，有效降低抛光过程中晶片表面的微缺陷，从而显著降低晶片表面粗糙度，同时能够保证较高的抛光去除速率。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种水溶性高分子包覆异型硅溶胶，该异型硅溶胶的原料重量百分比组成为：