中國(guó)粉體網(wǎng)訊  藍(lán)寶石具有良好的光學(xué)、熱學(xué)、介電性能和優(yōu)良的力學(xué)性能，同時(shí)具有優(yōu)良的化學(xué)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(yīng)用于半導(dǎo)體外延襯底材料包括氮化鎵襯底、SOI襯底（SOS），光學(xué)窗口以及激光基質(zhì)材料等。

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正因?yàn)樗{(lán)寶石具有特別穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和很高的硬度，這就增加了藍(lán)寶石材料的加工難度。藍(lán)寶石晶片加工過(guò)程面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)，其中就包括拋光這一工藝過(guò)程。

藍(lán)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(xué)機(jī)械拋光）效果最重要的因素之一。評(píng)價(jià)拋光液性能好壞的指標(biāo)是流動(dòng)性好，分散均勻，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能產(chǎn)生團(tuán)聚、沉淀、分層等問(wèn)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(xué)機(jī)械拋光中的機(jī)械作用。磨料的選用主要從磨料的種類、濃度以及粒徑三個(gè)方面來(lái)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(fù)合磨料等。

氧化鋁磨料表面細(xì)膩，質(zhì)地堅(jiān)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(diǎn)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(lán)寶石相近，在拋光過(guò)程中容易對(duì)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(chǎng)前景廣闊，未來(lái)Al₂O₃拋光液在CMP中的作用會(huì)更加重要，近些年來(lái)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(yīng)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(yīng)用于單晶硅、SiO₂介質(zhì)層、碲鋅鎘晶體、鈦合金、鎳基合金、銅、藍(lán)寶石晶體等材料的精密拋光。納米級(jí)的二氧化硅表面活性高，能夠與藍(lán)寶石（α-Al₂O₃）表面發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)生成質(zhì)地較軟的反應(yīng)層。二氧化硅的莫氏硬度為7，其硬度高于反應(yīng)層的硬度且低于基體材料的硬度，因而在拋光過(guò)程中既能去除反應(yīng)層，又不會(huì)對(duì)基體表面造成新的損傷。

基于以上的分析，有研究者認(rèn)為，目前藍(lán)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(cè)試）均在0.3nm以下。在拋光過(guò)程中，二氧化硅拋光液與藍(lán)寶石表面反應(yīng)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(lán)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(guò)煅燒、研磨、篩選而得，要想得到均勻一致性好、粒徑達(dá)到納米級(jí)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(yán)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(bào)道三氧化二鋁作為拋光液，但目前大多在試驗(yàn)階段，主要存在的問(wèn)題有：

(a)對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)速要求較高；

(b)藍(lán)寶石表面粗糙度相對(duì)較大；

(c)表面缺陷稍多；

(d)成本較高。

參考資料：

王紹臣：藍(lán)寶石精密磨削及化學(xué)機(jī)械拋光研究，大連理工大學(xué)

張保國(guó)，劉玉嶺：藍(lán)寶石晶片加工中的技術(shù)關(guān)鍵和對(duì)策，河北工業(yè)大學(xué)天津市電子材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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