CN101399164A - 一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法 - Google Patents

Abstract

一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法，它包括以下步骤：(1)晶片厚度监测、分组；(2)晶片初次清洗；(3)粘片；(4)正面抛光：抛光设置抛光机压力值10－20psi，抛光液流量100－160ml/min；(5)卸片、粘片及背面抛光；(6)晶片二次清洗；(7)检验包装。本发明的优点是：所使用的抛光液为“2360型”抛光剂添加次氯酸钠溶液，在大型抛光机上对晶片双面进行化学机械抛光，以获得高质量的砷化镓晶片表面，通过该方法抛光所得砷化镓抛光晶片总厚度变化不大于5μm，翘曲度不大于20μm，晶面平整度不大于4μm，表面粗糙度Ra达到0.1－0.2μm，在8000lux强光下均未检测到沾污、雾、划道、颗粒、裂、橘皮、鸦爪等缺陷。

Description

一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法

技术领域

本发明提供一种半绝缘砷化镓(100)晶片的双面抛光方法，特别是针对2—6inch半绝缘砷化镓晶片的双面抛光方法。

技术背景

砷化镓单晶是目前III—V族化合物半导体中的领军材料，应用十分广泛。半绝缘砷化镓目前已成为一种重要的微电子和光电子基础材料，广泛应用于新一代移动通信、宽带网络通信系统等民用和国家安全等领域。随着器件和电路的大批量生产，为了提高生产效率、降低成本，必须使用高质量的衬底晶片。半绝缘砷化镓晶片将很快成为制造微波和光通信电路的主流衬底晶片。而且大直径的砷化镓衬底晶片需求量会直线上升，经过公司领导和中层基层科研人员的努力，成功开发了半绝缘砷化镓单晶双面抛光片，具有位错密度低，电阻率径向不均匀性小，可“开盒即用”等优点，产品主要技术指标达到了国际先进水平。该产品主要用于制作砷化镓微波、毫米波器件，高速数字电路和微波单片集成电路等。

发明内容

本发明的目的是提供一种半绝缘砷化镓(100)晶片双面抛光方法，该方法抛光速度快，晶片清洗快捷、干净，简单实用，可操作性强，能大批量加工高质量的双面抛光晶片，抛光成品率达到85％以上，而且所使用的化学试剂为低成本材料，生产制造中的不会危及人身和设备，清洗剂和抛光废液易于处理，不会对周边环境和人体造成伤害。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

这种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法包括以下步骤：

(1)、晶片厚度监测、分组；

(2)、晶片初次清洗：晶片初次清洗时，将腐蚀液加热至30℃～60℃，而后将装有晶片的花篮放入腐蚀清洗10～60sec，腐蚀液由水、H₂O₂、NH₄OH组成；

(3)、粘片：在抛光盘表面温度30℃～60℃时进行粘片；

(4)、正面抛光：抛光设置抛光机压力值10-20psi，抛光液流量100-160ml/min，抛光液为：纯水：“2360型”抛光剂：次氯酸钠(容积)＝(60-100)：(1-5)：(1-5)的配制成抛光液。

(5)、卸片、粘片及背面抛光：抛光设置抛光机压力值10-20psi，抛光液流量100-160ml/min，抛光时间均为30-90分钟。

(6)、晶片二次清洗：在浓度为10-30％、温度为50℃～100℃的清洗液中超声清洗20-40分钟，充分冲水，再在80-100℃热酸中腐蚀1-2分钟，冷碱中浸泡1-2分钟。

(7)检验包装。

由于砷化镓材料的脆性，本发明采用化学机械抛光方法，化学机械抛光是一个机械研磨与化学腐蚀相互平衡去除损伤层的过程，抛光的过程是：吸附在抛光布上的抛光液作用于晶片表面，化学活性组分与晶片表面发生化学反应，同时利用抛光布、抛光盘转动将起化学反应的晶片表面进行研磨，使未经过化学反应的晶片表面重新暴露于抛光液中。

这是一个机械研磨与化学反应相互平衡的过程，如果前者(机械研磨)作用大于后者(化学反应)，则会出现布纹、划道及高损伤层等缺陷：反之，则会出现腐蚀坑、橘皮、波纹等缺陷。

本发明的优点是：所使用的抛光液为“2360型”抛光剂添加次氯酸钠溶液，在大型抛光机上对晶片双面进行化学机械抛光，以获得高质量的砷化镓晶片表面，通过该方法抛光所得砷化镓抛光晶片总厚度变化不大于5um，翘曲度不大于20um，晶面平整度不大于4um，表面粗糙度Ra达到0.1-0.2um，在8000lux强光下均未检测到沾污、雾、划道、颗粒、裂、橘皮、鸦爪等缺陷。

值得注意的是：1.抛光过程中所使用的纯水均为高纯度去离子水；2.注意抛光加工环境及抛光布的洁净度，不能有大的灰尘颗粒落入抛光界面，每次抛光前必须彻底湿润、修正抛光布，清洗抛光衬底

附图说明

图1为本发明工艺框图

如图1所示，1为晶片厚度监测、分组，2为晶片初次清洗，3为粘片，4为正面抛光，5为卸片、粘片及背面抛光，6为晶片二次清洗，7为检验包装。

具体实施方式

(一)、晶片厚度监测、分组，将带抛光晶片用无接触测厚仪测量厚度，将厚度不合格者剔除，厚度合格的以5um为分档线分组，然后装入特定花篮中。

(二)、晶片初次清洗，在玻璃槽中用纯水、H₂O₂和NH₄OH配制成8：2：1[容积比，其中H₂O₂浓度为25％(质量百分比)，NH₄OH的浓度为30％]的腐蚀液，加热至20—50℃，把装晶片的花篮放入腐蚀液中清晰腐蚀，腐蚀时间为10s—60s为宜，待腐蚀后立即将花篮放入纯水中冲洗，洗去片子表面的残留液，将清洗干净的晶片放在干净的滤纸上吸干水剂，重新放入干燥洁净的花篮准备粘片，该试剂可重复使用两次再中和倒掉。

(三)、粘片，将抛光盘置于电炉上加热，将零星蜡块放置抛光盘上，待蜡块完全融化时用干净的纱布擦拭盘面，抛光盘表面温度在30—60℃时在其盘面上四周涂均匀圆形蜡层，关闭电路开关，防止蜡挥发或溢出，而后将于晶片直径大小相同的薄纸帖于蜡面上，将烘干的待抛光晶片正面向上粘在浸蜡薄纸上，将粘好片子的抛光盘转移至阴冷处，用另一相同尺寸抛光盘垂直压盘，压盘时动作应缓慢且垂直对准抛光盘以免晶片偏移，这样才能保证贴片牢固，待抛光盘完全冷却后拿开压盘准备抛光。

(四)、正面抛光，将抛光布湿润并对其修正，用纯水、“2360型”抛光剂和次氯酸钠以(60-100)：(1-5)：(1-5)的比例配制成抛光液，启动抛光机搅拌抛光液至均匀为止，测试抛光液的温度，通过加冰或加入热水保证抛光液温度在5—25℃，再将冷却后的抛光盘放于抛光布上，利用抛光臂将抛光盘固定在抛光布上，设定抛光压力为10—20psi，抛光时间为30min-90min，抛光液流量没置为100-160ml/min，按下启动按钮开始抛光，待晶片表面抛出平整面后，调小抛光压力为2-10psi，抛光液流量设置为40-100ml/min，抛光时间、抛光盘转速均不变，每抛光10-15分钟就检查下晶片表面防止因机械研磨或化学腐蚀过重而造成高损伤层，待结束后取出抛光盘冲水，强光下观察晶片表面，晶片表面没有沾污、雾、划道、颗粒、裂、橘皮、鸦爪等缺陷时，测量厚度，待厚度合格后冲水，准备卸盘，如有以上现象及厚度不合格者视情况改变抛光条件重新抛光。

(五)、卸片、粘片及背面抛光，将抛光盘放置在电炉上加热，待观察到晶片周围蜡层开始熔化时准备去卸片，待晶片能够挪动后将电炉断电，用木片轻推晶片到一小尺寸滤纸上，再将镜片放入花篮中，注意不要用任何东西接触晶片抛光面，用于净纱布擦拭抛光盘面，重复第(三)步方法将背面朝上粘于抛光盘上、重复第(四)步对晶片背面进行抛光。

(六)、晶片二次清洗，将进行过双面抛光的晶片装入花篮，放在温度为50℃—100℃、浓度为10％—30％的清洗液中用超声波清洗，超声清洗过程中不断提动为宜，时间为20min，而后先将花篮置于纯水中冲洗，再在冷水中冲洗至不见泡沫为宜。将晶片浸在水中取至超净间检验台，所述的清洗液市场有售，该清洗剂为半导体专用清洗剂，用于半导体生产工艺中松香和石蜡的清洗(山东大学电光材料器件所监制，山东长城电子清洗科技有限公司生产，华星牌DZ-4B系列)。

(七)、检验包装，在将晶片放入80℃—100℃的热浓硫酸中腐蚀1分钟，迅速取出放入冷浓硫酸中蘸—下，再将晶片放入冷碱中1—2min，取出晶片冲水甩干，将晶片置于高强度汇聚光源(8000lux)下，晃动抛光片目测整个抛光表面，检测有无沾污、雾、划道、颗粒，再到大面积散射光源下检测边缘砰裂、橘皮、鸦爪、裂纹、槽、波纹、小坑、小丘、刀痕、条纹等，经这样检测合格的晶片封装并贴上标签。

实施例1：

(1〕晶片初次清洗时，将腐蚀液加热至40℃，而后将装有晶片的花篮放入腐蚀清洗30s，充分冲洗；

(2)在抛光盘表面温度40℃时进行粘片；

(3)配制抛光液(纯水、“2360型”抛光剂和次氯酸钠以70∶4∶4)，第一次抛光设置抛光机压力值10psi，抛光液流量100ml/min；

第二次抛光设置抛光机压力值5psi，抛光液流量40ml/min，抛光时间均为15分钟。

(4)在浓度为20％、温度为70℃的清洗液中超声清洗20分钟，充分冲水，再在80℃热硫酸中腐蚀2分钟，冷碱中浸泡1分钟。

实验结果：甩干后观察晶片表面，发现白点较少，较多腐蚀坑，有物状现象，应调减抛光液配比或抛光液流量或加大抛光压力。

实施例2：

(1)晶片初次清洗时，将腐蚀液加热至30℃，而后将装有晶片的花篮放入腐蚀清洗40s，充分冲洗；

(2)在抛光盘表面温度40℃时进行粘片；

(3)配制抛光液(纯水、“2360型”抛光剂和次氯酸钠以100：2：2)，第一次抛光(正面抛光)设置抛光机压力值15psi，抛光液流量50ml/min

第二次抛光(背面抛光)设置抛光机压力值10psi，抛光液流量30ml/min，抛光时间均为15分钟。

(4)在浓度为20％、温度为100℃的清洗液中超声清洗20分钟，充分冲水，再在80℃热酸中腐蚀1分钟，冷碱中浸泡2分钟。

实验结果：晶片正面有细微划道，应该是机械研磨造成，无其他缺陷出现，建议适当调整抛光压力或抛光液流量。

Claims (3)

1、一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、晶片厚度监测、分组；

(2)、晶片初次清洗：晶片初次清洗时，将腐蚀液加热至30℃～60℃，而后将装有晶片的花篮放入腐蚀清洗10～60sec，腐蚀液由水、H₂O₂、NH₄OH组成；

(3)、粘片：在抛光盘表面温度30℃～60℃时进行粘片；

(4)、正面抛光：抛光设置抛光机压力值10-20psi，抛光液流量100-160ml/min，抛光液为：纯水：“2360型”抛光剂：次氯酸钠(容积比)＝(60-100)：(1-5)：(1-5)的配制成抛光液。

(5)、卸片、粘片及背面抛光：抛光设置抛光机压力值10-20psi，抛光液流量100-160ml/min，抛光时间均为30-90分钟。

(6)、晶片二次清洗：在浓度为10-30％、温度为50℃～100℃的清洗液中超声清洗20-40分钟，充分冲水，再在80-100℃热酸中腐蚀1-2分钟，冷碱中浸泡1-2分钟。

(7)检验包装。

2、根据权利要求1所述的一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法，其特征在于：晶片初次清洗剂由纯水、H₂O₂、NH₄OH以8：2：1的比例组成。

3、根据权利要求1所述的一种半绝缘砷化镓晶片双面抛光方法，其特征在于：厚度合格的以5um为分档线分组。

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