CN101250745A - 半导体材料的电解抛光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体材料的电解抛光方法，欲抛光的半导体材料作为阳极，其特征在于电解抛光时，用一定波长的光照射阳极；实现上述方法所采用的电解抛光装置，包含盛有电解液的电解槽、电解槽盖、阳极、阴极、导线和交流电源、直流电源，增设光照射系统和控制阳极探入电解液深度的调节装置；其中光照系统包括密封在玻璃管中的灯管，电解液中的导线用玻璃管密封保护，并穿过电解槽盖外接交流电源，玻璃管用支架支撑固定在电解槽中；调节装置包括螺纹套筒和载料块，螺纹套筒的外螺纹与电解槽盖的螺纹孔构成螺栓螺母副，载料块的螺杆与螺纹套筒的内螺纹构成螺栓螺母副；阳极用导电胶粘结于载料块底面；阴极与阳极对应接直流电源的阴极和阳极。

Description

半导体材料的电解抛光方法及装置

技术领域

本发明涉及一种半导体材料的电解抛光方法及装置，属于半导体材料加工领域。

背景技术

电解抛光(阳极光亮)技术早在1911年由俄国学者许宾塔斯基发明，它是利用阳极腐蚀法使试样表面变得平滑光亮的一种方法。当电流密度足够时，试样表面由于电化学作用而发生选择性溶解，材料表面微小凸出部分溶解到溶液中，从而变得光滑平整。该方法避免了机械抛光时可能引起的残余应力和表层塑性变形，从而能更确切地显示材料的真实组织。电解抛光广泛用于金属材料的抛光。高光洁度的金属材料样品更需要电化学抛光工艺。

目前，半导体材料抛光主要采用机械抛光。碲化镉、碲锌镉等半导体材料硬度高而强度很低，晶片机械抛光耗费工时长，容易引起厚度、平行度的误差，晶片中残余机械应力大，而且极易发生碎裂。大尺寸晶片的抛光困难更大。电解抛光可以有效地避免上述缺陷。但是，正常状态下半导体材料导电性能较差，如果实施电解抛光，电流密度很小，抛光效率很低，效果也难于保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、电流密度大、能对半导体材料进行电解抛光的方法及装置。其技术方案是：

一种半导体材料的电解抛光方法，欲抛光的半导体材料作为阳极，其特征在于电解抛光时，用一定波长的光照射阳极。

一种实现上述方法所采用的电解抛光装置，包含盛有电解液的电解槽、电解槽盖、阳极、阴极、导线和交流电源、直流电源，其中阳极为欲抛光工件，阴极采用不锈钢，其特征在于：增设光照射系统和控制阳极探入电解液深度的调节装置；其中光照系统包括用防水耐蚀封头密封在玻璃管中的灯管，电解液中的导线用玻璃管密封保护，并穿过电解槽盖外接交流电源，玻璃管用支架支撑固定在电解槽中；调节装置包括螺纹套筒和载料块，螺纹套筒的外螺纹与电解槽盖的螺纹孔构成螺栓螺母副，载料块的螺杆与螺纹套筒的内螺纹构成螺栓螺母副；阳极用导电胶粘结于载料块底面；阴极与阳极对应接直流电源的阴极和阳极。

所述的电解抛光装置，根据半导体材料的光响应特性，由公式 $\mathrm{\λ}\≤\frac{\mathrm{hc}}{E_g}\≤\frac{1240}{E_g}$ 的计算结果，灯管选取相应的远红外灯、近红外灯、红光灯、黄光灯、绿光灯、紫外灯，或者其它特定波长的光源；公式中，h为普朗克常数，4.138×10^-15eV·s；c为光在真空中传播速率，2.998×10¹⁷nm/s；λ为照射光的波长，单位nm；E_g为半导体材料能带隙，单位为eV。

所述的电解抛光装置，灯管可以是直管形、圆管形、方形；也可以是一个或多个。

本发明与现有技术相比，其优点为：

1、利用半导体材料对不同波段光谱的响应特性，在阳极与阴极间设置一个特定波段的光源对阳极光照，这样阳极的导电性能可以提高几倍至几十倍，电流密度因而显著增加，实现电解抛光。其工作原理为当E≥E_g(E为照射光的光子能量，单位为eV)或者 $\mathrm{\λ}\≤\frac{1240}{E_g}$ 的光线照射阳极时，电子从价带激发到导带上，在价带上留下空穴，形成光生电子一空穴对，在电场或化学场的作用下电子与空穴发生分离并起到强氧化还原作用，从而使阳极导电能力增加。

2、设有一套阳极位置调节装置，可以准确地控制阳极位置。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、螺纹套筒  2、交流电源  3、电解槽盖  4、载料块  5、导电胶  6、阳极  7、封头  8、灯管  9、支架  10、阴极  11、玻璃管  12、电解槽  13、电解液  14、导电棒  15、通孔  16、直流电源  17、导线

具体实施方式

在图1所示的实施例中，阳极6采用碲锌镉Cd_0.8Zn_0.2Te，由公式 $\mathrm{\λ}\≤\frac{1240}{E_g}$ 计算光源波长应小于787.8nm，灯管8选用700nm-780nm近红外灯作为照射光源对阳极6进行照射。

盛有电解液13的电解槽12中设有支架9和阴极10。灯管8放入玻璃管11中，用防水耐蚀封头7密封，并用支架9支撑并固定。电解槽12中导线17用玻璃管密封保护，并从电解槽盖3的引线孔中引出，外接交流电源2。螺纹套筒1的外螺纹与电解槽盖3的螺纹孔构成螺栓螺母副，载料块4的螺杆与螺纹套筒1的内螺纹构成螺栓螺母副，旋转螺纹套筒1可以调节阳极6探入电解液13中的位置。阳极6用导电胶5粘结于载料块4底面；阴极10通过导电棒14外接直流电源16的阴极，阳极6通过导电胶5和载料块4、导线17接直流电源16的阳极。螺纹套筒1为绝缘材料制成，载料块4用电的良导体制成，电解槽盖3带有多个通孔15，其中位于中心的螺纹通孔15用于安装螺纹套筒1，其它用来注入电解液13或用于导线17的引出。

工作时，旋转螺纹套筒1使阳极6处于较高的位置，经由电解槽盖3的通孔15利用导液管缓慢将电解液13注入到电解槽12中，再旋转螺纹套筒1使阳极6缓慢进入电解液13中，控制阳极6的位置避免电解液13接触到导电胶5。启动灯管8，接通直流电源16，在光照下对阳极6进行电解抛光。

本实施例中，启动光照系统电流密度增加约8-10倍，经过数小时的电解抛光，半导体材料表面光亮、均匀，样品达到了测试要求。

Claims (4)

1、一种半导体材料的电解抛光方法，欲抛光的半导体材料作为阳极(6)，其特征在于电解抛光时，用一定波长的光照射阳极(6)。

2、一种实现上述方法所采用的电解抛光装置，包含盛有电解液(13)的电解槽(12)、电解槽盖(3)、阳极(6)、阴极(10)、导线(17)和交流电源(2)、直流电源(16)，其中阳极(6)为欲抛光工件，阴极(10)采用不锈钢，其特征在于：增设光照射系统和控制阳极(6)探入电解液(13)深度的调节装置；其中光照系统包括用防水耐蚀封头(7)密封在玻璃管(11)中的灯管(8)，电解液(13)中的导线(17)用玻璃管密封保护，并穿过电解槽盖(3)外接交流电源(2)，玻璃管(11)用支架(9)支撑固定在电解槽(12)中；调节装置包括螺纹套筒(1)和载料块(4)，螺纹套筒(1)的外螺纹与电解槽盖(3)的螺纹孔构成螺栓螺母副，载料块(4)的螺杆与螺纹套筒(1)的内螺纹构成螺栓螺母副；阳极(6)用导电胶(5)粘结于载料块(4)底面；阴极(10)与阳极(6)对应接直流电源(16)的阴极和阳极。

3、如权利要求2所述的电解抛光装置，其特征在于：根据半导体材料的光响应特性，由公式 $\mathrm{\λ}\≤\frac{\mathrm{hc}}{E_g}\≤\frac{1240}{E_g}$ 的计算结果，灯管(8)选取相应的远红外灯、近红外灯、红光灯、黄光灯、绿光灯、紫外灯，或者其它特定波长的光源；公式中，h为普朗克常数，4.138×10^-15eV·s；c为光在真空中传播速率，2.998×10¹⁷nm/s；λ为照射光的波长，单位nm；E_g为半导体材料能带隙，单位为eV。

4、如权利要求2所述的电解抛光装置，其特征在于：灯管(8)为直管形、圆管形、方形的任一种；也可以是一个或多个。