中國粉體網(wǎng)訊  藍寶石具有良好的光學、熱學、介電性能和優(yōu)良的力學性能，同時具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性能以及抗輻射性能，是一種綜合性能優(yōu)良的多功能晶體材料，廣泛應用于半導體外延襯底材料包括氮化鎵襯底、SOI襯底（SOS），光學窗口以及激光基質材料等。

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正因為藍寶石具有特別穩(wěn)定的化學性質和很高的硬度，這就增加了藍寶石材料的加工難度。藍寶石晶片加工過程面臨許多技術挑戰(zhàn)，其中就包括拋光這一工藝過程。

藍寶石拋光液中的主要成分有磨料、pH調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、螯合劑等，拋光液是影響CMP（化學機械拋光）效果最重要的因素之一。評價拋光液性能好壞的指標是流動性好，分散均勻，在規(guī)定時間內(nèi)不能產(chǎn)生團聚、沉淀、分層等問題，磨料懸浮性能好，拋光速率快，易清洗且綠色環(huán)保等。

其中，磨料主要影響化學機械拋光中的機械作用。磨料的選用主要從磨料的種類、濃度以及粒徑三個方面來考慮。目前CMP拋光液中常用的磨料主要有金剛石、氧化鋁、氧化硅等單一磨料，也有氧化硅/氧化鋁混合磨料以及核殼型的復合磨料等。

氧化鋁磨料表面細膩，質地堅硬，耐磨性好，耐腐蝕，適用于多種材料的表面研磨拋光處理，市面上最常用的就是性能優(yōu)良的α-Al₂O₃磨料。氧化鋁磨料的缺點是分散性和選擇性較差，拋光液的粘度大，不易清洗。并且由于α-Al₂O₃磨料的硬度與藍寶石相近，在拋光過程中容易對工件表面造成新的損傷。但由于氧化鋁磨料的拋光速率優(yōu)于二氧化硅磨料，LED產(chǎn)業(yè)的市場前景廣闊，未來Al₂O₃拋光液在CMP中的作用會更加重要，近些年來氧化鋁拋光液的研究方向主要集中在納米磨料制備，氧化鋁表面改性以及氧化鋁拋光液混合應用等方面。

二氧化硅磨粒硬度適中、顆粒大小可控，拋光選擇性好，可制備成分散性能優(yōu)良的硅溶膠，廣泛應用于單晶硅、SiO₂介質層、碲鋅鎘晶體、鈦合金、鎳基合金、銅、藍寶石晶體等材料的精密拋光。納米級的二氧化硅表面活性高，能夠與藍寶石（α-Al₂O₃）表面發(fā)生固相化學反應生成質地較軟的反應層。二氧化硅的莫氏硬度為7，其硬度高于反應層的硬度且低于基體材料的硬度，因而在拋光過程中既能去除反應層，又不會對基體表面造成新的損傷。

基于以上的分析，有研究者認為，目前藍寶石拋光行業(yè)主流采用的仍是納米二氧化硅作為拋光液，最后得到拋光表面的粗糙度（Ra，原子力顯微鏡測試）均在0.3nm以下。在拋光過程中，二氧化硅拋光液與藍寶石表面反應生成硅酸鋁的二水化合物。

盡管三氧化二鋁磨料可以作為藍寶石拋光液，但由于現(xiàn)在生產(chǎn)的三氧化二鋁磨料一般是通過煅燒、研磨、篩選而得，要想得到均勻一致性好、粒徑達到納米級的三氧化二鋁很困難。最致命的是三氧化二鋁硬度大，拋光表面劃傷嚴重；粘度大，拋光表面不易清洗干凈，很難保證拋光材料的表面平整度。

盡管也有報道三氧化二鋁作為拋光液，但目前大多在試驗階段，主要存在的問題有：

(a)對設備的轉速要求較高；

(b)藍寶石表面粗糙度相對較大；

(c)表面缺陷稍多；

(d)成本較高。

參考資料：

王紹臣：藍寶石精密磨削及化學機械拋光研究，大連理工大學

張保國，劉玉嶺：藍寶石晶片加工中的技術關鍵和對策，河北工業(yè)大學天津市電子材料與器件重點實驗室

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