二氧化硅磨料粒径分布对蓝宝石化学机械抛光的影响

孙运乾，钟荣峰，李薇薇, ，赵之琳，钱佳

（1.河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401； 2.广东惠尔特纳米科技有限公司，广东 东莞 523000）

蓝宝石主要由α-Al2O3组成，属于六方晶系，是一种无色透明的单晶高硬度宝石(莫氏硬度为9)，具有优异的光学和热学性能[1-3]。随着半导体工业的快速发展，蓝宝石作为重要的LED(发光二极管)衬底材料[4-5]，对其表面加工精度的要求随之提高，不仅要求具备高去除速率，更要达到超高的表面质量，这对蓝宝石化学机械抛光(CMP)工艺提出了巨大的挑战。抛光液由磨料和各种辅助试剂组成，是影响CMP效果的重要因素，其中磨料作为CMP过程中机械作用的主要承担者，其种类、粒径、用量、性质等都会影响工件抛光后的表面质量[6-7]。

蓝宝石CMP主要以氧化铝粉体和二氧化硅胶体作为磨料。氧化铝粉体硬度高，耐磨性好，所以去除速率高[8-10]。但是氧化铝粉体的悬浮性不好，容易团聚造成划伤，而且抛光后容易嵌入晶圆表面，在后续的清洗过程中难以去除。二氧化硅硬度低，分散性好，表面加工质量好，后续易清洗，但去除速率较低[11]。

汪海波等[12]研究了单一粒径磨料和两种粒径磨料混合使用对蓝宝石抛光速率的影响，发现不同粒径磨料混合使用能够显著提高抛光速率。熊伟等[13]的研究表明，SiO2磨料用量相同时，粒径为80 nm的SiO2对蓝宝石的抛光效果要好于粒径为110 nm的SiO2。钟敏等[14]采用平均粒径分别为280、170和70 nm的金刚石、Al2O3和SiO2为磨料，在自制超声弯曲振动辅助化学机械抛光装置上对蓝宝石进行CMP，发现以SiO2为磨料时的抛光效果最好，去除速率与采用Al2O3为磨料时相近，都远大于金刚石抛光液。……