CN103381573A - 一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘 - Google Patents

一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘 Download PDF

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一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘。本发明的技术方案要点是，本发明的技术方案要点是，一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，它包括固结磨料层、联接层、金属基体层，固结磨料层按照重量百分比含量包括：磨料45～75%；氧化剂5～20%；助研剂5～20%；润滑剂1～5%；结合剂5～35%；填料1～10%。本发明能够有效降低SiC单晶基片的加工成本，并且提高了SiC单晶基片的加工质量。

Description

一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘
技术领域：
本发明涉及SiC单晶片的研磨，特别是一种适用于SiC单晶片研磨工序用的固结磨料化学机械研磨盘。 
背景技术：
SiC单晶基片广泛用于微电子、光电子行业，如半导体照明、集成电路、传感器等。而SiC基器件的使用性能和制造成本是制约微电子、光电子等产业发展重要因素，但器件的使用性能与SiC单晶基片表面加工质量密切相关，因此，如何高精度、高质量、高效率和低成本地实现SiC单晶基片超光滑无损伤表面的加工已成为超精密加工技术领域的前沿性研究课题。目前，SiC单晶基片的加工主要还是沿用晶体基片传统加工工艺：内圆锯切片、游离磨料研磨和化学机械抛光(CMP)。 
研磨工序是最终化学机械抛光前的重要工序，它的质量高低、成本大小，不仅决定了后序工序的质量，也决定了整个工序的加工成本，目前，游离磨料研磨效率高，但研磨后表面平整度差。一方面，研磨的后续工序是化学机械抛光，游离磨料化学机械抛光不能提高研磨后表面平整度，只能降低表面粗糙度、降低表面损伤；另一方面，游离磨料研磨所使用的金刚石磨料是一次性的，很难进行回收再利用，磨料利用率低，所以相对于固结磨料研磨，其研磨成本较高。目前固结磨料化学机械研磨盘主要由固结磨料层、联接层、金属基体层三部分组成，而对于固结磨料层材质的选取是SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘最为重要的。 
发明内容：
本发明的目的是提供一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘。 
本发明的技术方案是，一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，它包括固结磨料层、联接层、金属基体层，其特征在于：固结磨料层按照重量百分比含量包括：磨料45～75％；氧化剂5～20％；助研剂5～20％；润滑剂1～5％；结合剂5～35％；填料1～10％。将上述的各种材料放置入热压机，经过热压后保温即可完成制备。其所述的磨料为金刚石微粉与碳化硅微粉的混合物或者为金刚石微粉与碳化硼微粉的混合物或者为金刚石微粉与碳化硅微粉及碳化硼微粉的混合物。所述的碳化硼微粉、立方氮化硼微粉或金刚石微粉的粒径是3.5～50μm。所述的氧化剂为为氢氧化钠、丙三醇、三乙醇胺中的一种或两种或三种的混合物。所述的助研剂为为氧化铁粉、铁粉、硬脂酸中的一种或两种以上的混合物 中的一种或两种以上的混合物。所述的润滑剂为二硫化钼、球形纳米碳粉、聚四氟乙烯粉中的一种或两种以上的混合物。所述的结合剂为热固型酚醛树脂、热固型聚氨酯树脂、热固型聚酰亚胺树脂中的一种。所述的填料为冰晶石、核桃壳粉中的一种或其混合物。所述的氧化铁粉及铁粉粒径10μm～150μm。所述的二硫化钼粒径为5μm～40μm，球形纳米碳粉的粒径为5nm，聚四氟乙烯粉的平均粒径小于10μm。所述的冰晶石平均粒径为20μm～70μm，所述的核桃壳粉平均粒径为20μm～70μm。 
本发明能够有效降低SiC单晶基片的加工成本，并且提高了SiC单晶基片的加工质量。 
具体实施方式：
实施例1： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表1所示。 
表1固结磨料化学机械研磨盘1号成份 
Figure BDA0000325527910000031
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.35μm，研磨速率达到0.03μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.30μm，研磨速率达到0.05μm/min。 
实施例2： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表2所示。 
表2固结磨料化学机械研磨盘2号成份 
Figure BDA0000325527910000041
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.32μm，研磨速率达到0.55μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.28μm，研磨速率达到0.46μm/min。 
实施例3： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表3所示。 
表3固结磨料化学机械研磨盘3号成份 
Figure BDA0000325527910000051
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.45μm，研磨速率达到1.10μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.41μm，研磨速率达到1.25μm/min。 
实施例4： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表4所 示。 
表4固结磨料化学机械研磨盘4号成份 
Figure BDA0000325527910000061
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.55μm，研磨速率达到1.93μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.50μm，研磨速率达到2.05μm/min。 
实施例5： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表5所示。 
表5固结磨料化学机械研磨盘5号成份 
Figure BDA0000325527910000071
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.25μm，研磨速率达到0.13μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.20μm，研磨速率达到0.11μm/min。 
实施例6： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表6所示。 
表6固结磨料化学机械研磨盘6号成份 
Figure BDA0000325527910000081
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.22μm，研磨速率达到0.19μm/min；6H-SiC单晶片 (0001)Si面的表面粗糙度变为0.21μm，研磨速率达到0.25μm/min。 
实施例7： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表7所示。 
表7固结磨料化学机械研磨盘7号成份 
Figure BDA0000325527910000091
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研 磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.25μm，研磨速率达到0.33μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.20μm，研磨速率达到0.35μm/min。 
实施例8： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表8所示。 
表8固结磨料化学机械研磨盘8号成份 
Figure BDA0000325527910000101
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研 磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.27μm，研磨速率达到0.13μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.19μm，研磨速率达到0.15μm/min。 
实施例9： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表9所示。 
表9固结磨料化学机械研磨盘9号成份 
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.25μm，研磨速率达到0.11μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.21μm，研磨速率达到0.15μm/min。 
实施例10： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表10所示。 
表10固结磨料化学机械研磨盘10号成份 
Figure BDA0000325527910000131
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.19μm，研磨速率达到0.13μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.20μm，研磨速率达到0.16μm/min。 
实施例11： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表11所 示。 
表11固结磨料化学机械研磨盘11号成份 
Figure BDA0000325527910000141
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.27μm，研磨速率达到0.09μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.23μm，研磨速率达到0.11μm/min。 
实施例12： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表12所示。 
表12固结磨料化学机械研磨盘12号成份 
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.25μm，研磨速率达到0.10μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.20μm，研磨速率达到0.12μm/min。 
实施例13： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表13所示。 
表13固结磨料化学机械研磨盘13号成份 
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.21μm，研磨速率达到0.23μm/min；6H-SiC单晶片 (0001)Si面的表面粗糙度变为0.25μm，研磨速率达到0.25μm/min。 
实施例14： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表14所示。 
表14固结磨料化学机械研磨盘14号成份 
Figure BDA0000325527910000171
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.60μm，研磨速率达到2.11μm/min；6H-SiC单晶片 (0001)Si面的表面粗糙度变为0.57μm，研磨速率达到2.25μm/min。 
实施例15： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表15所示。 
表15 固结磨料化学机械研磨盘15号成份 
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片（0001）C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研磨盘转速为40r/min，工件转速为40 r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片（0001）C面的表面粗糙度变为0.45μm，研磨速率达到1.95μm/min；6H-SiC单晶片（0001）Si面的表面粗糙度变为0.50μm，研磨速率达到2.20μm/min。
实施例16： 
选择以下配比进行混合，制造固结磨料化学机械研磨盘1个，其重量百分数配见表16所示。 
表16固结磨料化学机械研磨盘16号成份 
Figure BDA0000325527910000191
用上述配比制成的固结磨料化学机械研磨盘，在ZYP300研磨机上研磨2英寸的6H-SiC单晶片(0001)C面和Si面，研磨前，表面粗糙度Ra在0.6μm左右。研磨压力为2psi，研 磨盘转速为40r/min，工件转速为40r/min，研磨时间为30min，研磨后，6H-SiC单晶片(0001)C面的表面粗糙度变为0.55μm，研磨速率达到1.83μm/min；6H-SiC单晶片(0001)Si面的表面粗糙度变为0.52μm，研磨速率达到1.95μm/min。 
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明对本发明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (7)

1.一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，它包括固结磨料层、联接层、金属基体层，其特征在于：固结磨料层按照重量百分比含量包括：磨料45～75%；氧化剂5～20%；助研剂5～20%；润滑剂1～5%；结合剂5～35%；填料1～10%。
2.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：其所述的所述的磨料为金刚石微粉与碳化硅微粉的混合物或者为金刚石微粉与碳化硼微粉的混合物或者为金刚石微粉与碳化硅微粉及碳化硼微粉的混合物。
3.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：所述的氧化剂为为氢氧化钠、丙三醇、三乙醇胺中的一种或两种或三种的混合物。
4.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：所述的助研剂为为氧化铁粉、铁粉、硬脂酸中的一种或两种以上的混合物中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：所述的润滑剂为二硫化钼、球形纳米碳粉、聚四氟乙烯粉中的一种或两种以上的混合物。
6.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：所述的结合剂为热固型酚醛树脂、热固型聚氨酯树脂、热固型聚酰亚胺树脂中的一种。
7.如权利要求1所述的一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘，其特征在于：所述的填料为冰晶石、核桃壳粉中的一种或其混合物。
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