一种用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液的制备方法与流程

本发明涉及研磨液，更具体地说，涉及一种用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液的制备方法。

背景技术：

1、碳化硅衬底是一种用于制造半导体器件的基础材料，它主要由碳化硅单晶体构成，具有许多优良的物理特性，使其在高功率、高频率电子器件以及光电子器件的制造中得到广泛应用，碳化硅衬底在半导体制造中广泛应用，其表面研磨是确保半导体器件制备质量的重要步骤之一。

2、单晶钻石液是一种用于磨削和抛光的高性能磨料液体，它主要由纳米级单晶钻石颗粒、溶剂和表面活性剂组成，这种液体常用于制造工业中需要极高精度和光洁度的零件，如光学元件、半导体器件和精密机械零件的加工过程中，单晶钻石颗粒非常硬，其硬度接近天然钻石，远高于碳化硅的硬度，这使得单晶钻石颗粒能够有效地研磨碳化硅衬底，因为它们不会在研磨过程中被磨损掉，可以长时间保持高效研磨，单晶钻石液中的颗粒通常非常均匀，并且可以控制其粒度大小，对于研磨碳化硅衬底来说，需要非常细致的表面处理，单晶钻石液能够提供所需的精确度和光洁度，单晶钻石液因其优异的研磨特性，能够在相对较短的时间内达到高质量的表面处理效果，因此，单晶钻石液因其硬度、粒度控制、化学稳定性和高效率，是研磨碳化硅衬底的理想选择之一，特别是在需要达到极高表面光洁度和精度的应用中。

3、但是，现有的碳化硅衬底在研磨过程中可能遭受的潜在损害包括：

4、表面缺陷和裂纹：如果研磨操作不当或者研磨压力过大，可能会导致碳化硅表面出现裂纹或者其它形状的缺陷，这些缺陷可能会影响到后续制备半导体器件的质量和性能；

5、表面污染：使用不适当的研磨液或者磨料可能会在碳化硅表面留下污染物，如金属颗粒或有机物残留，这些污染物可能会影响到器件的电性能或者可靠性；

6、表面粗糙度增加：研磨过程中如果没有适当控制，可能会使碳化硅表面的粗糙度增加，这会对后续制备的金属化层或其他薄膜的附着性和电性能产生不利影响；

7、机械应力引起的晶格缺陷：由于研磨过程中的机械应力，可能会在碳化硅晶格中引入缺陷或者增加现有缺陷的密度，这些缺陷可能会影响到材料的电学性能和可靠性。

8、本发明有别于传统的单晶钻石液，能形成稳定液膜，提高研磨速率，避免软团聚的形成，避免了划伤不良，确保了液体的均一性。

技术实现思路

1、本发明旨在于解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液，包括纳米级单晶钻石颗粒、磨料、添加剂、三维立体悬浮剂、分散剂以及防锈剂和余量液体；

2、所述纳米级单晶钻石颗粒通过化学气相沉积方法制备；

3、所述磨料包括：碳化硅磨料、氮化硅磨料和金刚石磨料；

4、所述添加剂包括：润滑剂、防腐剂、ph调节剂、抗乳化剂、冷却剂、抗氧化剂、增稠剂、粘度调节剂、表面活性剂、染料和防臭剂；

5、所述三维立体悬浮剂加入了聚丙烯酸改性；

6、所述分散剂以及防锈剂采用了亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐；

7、所述液体包括：自来水、蒸馏水、去离子水、超纯水、反渗透水和电解水。

8、进一步的优选方案：所述纳米级单晶钻石颗粒的化学气相沉积制备步骤如下：

9、s1、使用甲烷作为主要的碳源气体，甲烷在高温条件下分解为碳原子，这些碳原子随后会在沉积过程中结晶形成钻石；

10、s2、氢气用作稀释剂和氢源，帮助调节气相中的反应活性和稳定性，它也有助于控制颗粒的生长速率和质量；

11、s3、选择氮气或氩气作为载气，用于将反应气体输送到反应室中，并帮助调节气相混合物的组成和压力；

12、s4、在生长过程中可以加入少量的掺杂气体，如硼或磷，以改变钻石的电学性质或其他特性；

13、s5、整个反应过程在专用的cvd反应室中进行，反应室内具有高温，在800°c-1200°c之间和特定的气相压力条件，

14、s6、在s1-s5的条件下，甲烷在反应室中分解，碳原子在衬底表面沉积并逐层生长，最终形成纳米级的单晶钻石颗粒。

15、进一步的优选方案：所述磨料为碳化硅磨料、氮化硅磨料和金刚石磨料中的一种或几种。

16、进一步的优选方案：所述添加剂为润滑剂、防腐剂、ph调节剂、抗乳化剂、冷却剂、抗氧化剂、增稠剂、粘度调节剂、表面活性剂、染料和防臭剂中的一种或几种。

17、进一步的优选方案：所述分散剂以及防锈剂采用了亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐中的一种或几种。

18、进一步的优选方案：所述液体为自来水、蒸馏水、去离子水、超纯水、反渗透水和电解水中的一种或几种。

19、一种用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液，以研磨液的总质量为基准，按照质量百分数计，所述纳米级单晶钻石颗粒5-30%、碳化硅磨料0.5-5%、润滑剂5-20%、防腐剂0.1-1%、ph调节剂0.5-2%、抗乳化剂0.5-2%、冷却剂10-50%、抗氧化剂0.1-1%、增稠剂0.1-2%、粘度调节剂0.2-1%、表面活性剂0.1-3%、染料0.1-1%、防臭剂0.1-1%、三维立体悬浮剂1-5%、分散剂以及防锈剂1-5%，余量为自来水。

20、一种用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液的制备方法，包括如下步骤：

21、s1、配料和准备：收集所需的原材料和化学品，并准备适当的容器和混合设备；

22、s2、混合过程：将自来水或者预先制备好的水基液体作为基础液体；

23、加入纳米级单晶钻石颗粒和碳化硅磨料并需要确保搅拌充分；

24、将所需的润滑剂、抗乳化剂和表面活性剂逐步加入到水中，表面活性剂有助于改善润滑剂和其添加适量的冷却剂，以提高研磨液的冷却效果；

25、根据需要，逐步添加ph调节剂，以调整研磨液的酸碱度，确保其与工件材料的相容性；

26、为了延长研磨液的使用寿命和保持其稳定性，加入适量的抗氧化剂和防腐剂；

27、根据需要，逐步添加增稠剂和粘度调节剂，以达到研磨液所需的黏度和流动性；

28、加入聚丙烯酸改性的三维立体悬浮剂，确保单晶金刚石颗粒能均匀分布，并且能形成稳定液膜，提高研磨速率，从传统的0.5um/min提高到1.0um/min以上；

29、采用亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐做为分散剂及防锈剂，确保金刚石颗粒的分散性能，避免软团聚的形成；

30、如有需要，可以添加染料，用于辅助研磨液的浓度控制或可视化；

31、添加防臭剂，改善研磨液的气味和操作环境的舒适性；

32、s3、调整和测试：混合完成后，对研磨液进行最终的性能测试，包括黏度、ph值、润湿性、冷却效果等方面的测试，确保符合设定的技术要求和操作需求；

33、s4、包装和存储：将调整好的单晶钻石液装入适当的容器中，标注清楚成分、用途和安全注意事项，确保安全使用和存储。

34、进一步的优选方案：所述单晶钻石液的制备过程采用了超尺寸颗粒分离技术，对超大颗粒金刚石进行分离，避免了划伤不良。

35、进一步的优选方案：所述单晶钻石液的制备过程采用高速乳化分散头对水基体系进行搅拌分散，确保了液体的均一性，单晶钻石液在材料加工中的应用，且用于碳化硅衬底研磨用单晶钻石液搭配铸铁盘使用。

36、有益效果

37、1.本发明中有别于传统的单晶钻石液，该研磨液搭配铸铁盘使用，并且采用水基体系，加入了聚丙烯酸改性的三维立体悬浮剂，确保单晶金刚石颗粒能均匀分布，并且能形成稳定液膜，提高研磨速率，从传统的0.5um/min提高到1.0um/min以上。

38、2.本发明采用了亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐做为分散剂及防锈剂，确保金刚石颗粒的分散性能，避免软团聚的形成。

39、3.本发明采用了超尺寸颗粒分离技术，对超大颗粒金刚石进行分离，避免了划伤不良。

40、4.本发明采用高速乳化分散头对水基体系进行搅拌分散，确保了液体的均一性。