CN101475778B - 一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了半导体制造技术领域的一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法。抛光组合物含有磨料、氧化剂、表面修饰剂、碱和水，各组分配比分别为：磨料为1～50wt％，氧化剂为0.1～20wt％，表面修饰剂含量为0.0002～5wt％，碱为0.001～10wt％，其余为水，pH值为8～13。制备方法为：加入所需用量的氧化剂、表面修饰剂、碱、水，用搅拌器或超声波混合分散均匀后，再加入磨料，混合均匀。本发明的抛光组合物特别适用于砷化镓晶片的抛光，其优势在于抛光速率高，抛光后的晶片表面无凹坑、凸起，平整性好，表面粗糙度达到5埃。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法，属于半导体制造技术领域。
背景技术
砷化镓作为运用最广的第二代半导体材料，在当代微电子和光电子产业中发挥着重要的作用。由于砷化镓优良的高速高频特性，它被广泛应用于制造电子通信和光通信器件。
随着集成电路尺寸的小型化趋势，必然对砷化镓晶片的表面质量要求越来越高。但砷化镓材料本身脆性大、缺陷多、易解理，因此给砷化镓晶片加工带来了很大困难。
目前，越来越多的研究人员通过化学机械抛光方法，对砷化镓晶片进行表面全局平坦化加工。日本专利JP2004-71918通过碳酸钙等无机粒子在酸性条件下对砷化镓晶片进行抛光，去除速率较大，但表面粗糙度大至10-30埃。现有抛光组合物难以既提高抛光速率又改善表面质量，或抛光后的表面仍存在划痕、凹坑、突起等缺陷，抛光效果不能满足砷化镓晶片的加工需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法。
所述用于砷化镓晶片的抛光组合物，其组分配比为：
磨料 1～50wt％
氧化剂 0.1～20wt％
表面修饰剂 0.0002～5wt％
碱 0.001～10wt％
水 余量
所述磨料为氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈中的一种或几种，粒径为5～200nm。
所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、硝酸铁、硝酸铝、过二硫酸、过乙酸、过苯甲酸、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙、次溴酸、次碘酸中的一种或几种。
所述表面修饰剂为磺酸盐或硫酸盐，
磺酸盐分子结构式为：
R-Xn-SO3M (1)
R表示烷基，X表示芳香烃去掉两个氢原子后的残基，M表示金属离子、铵离子，n为0或1；
所述磺酸盐为含碳数12～20伯烷基磺酸盐、含碳数12～16仲烷基磺酸盐、含碳数12～16烷基苯磺酸钠、含碳数3～8烷基萘磺酸盐中的一种或几种；
硫酸盐分子结构式为：
R-O-(CH2CH2O)n-SO3M (2)
R表示烷基或苯基，M表示金属离子、铵离子，n为1～6；
所述硫酸盐为烷醇基聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或几种。
所述碱为氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、烷基胺、醇胺、多羟多胺中的一种或几种。
所述水为去离子水或蒸馏水。
所述用于砷化镓晶片的抛光组合物的制备方法，先加入所需用量的氧化剂、表面修饰剂、碱、水，用搅拌器或超声波混合分散均匀后，再加入磨料，混合均匀。
所述制备方法的具体步骤为：
1)先加入氧化剂0.1～20wt％、表面修饰剂0.0002～5wt％、碱0.001～10wt％、水，用搅拌器或超声波混合搅拌3～5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入磨料1～50wt％，用搅拌器或超声波混合搅拌3～5min，使其分散均匀，即配制成本发明所述的抛光组合物，pH值为8～13。
本发明中的抛光组合物对砷化镓晶片进行抛光，其去除速率高，在0.8微米/分钟以上；且抛光后的表面光滑，无凹坑、突起、桔皮等表面缺陷，表面粗糙度达到5埃。
具体实施方式
通过下述实施例对本发明进一步详细说明，这些实施例只是用来公开本发明，并不表示有任何限定。
(一)制备实施例
实施例1
1)先加入作为氧化剂的过氧化氢0.5wt％、作为表面修饰剂的月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.01wt％、作为碱的碳酸氢钠0.001wt％、作为碱的二乙胺0.5wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌3min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.68。
实施例2
1)先加入作为氧化剂的过氧化氢3wt％、作为表面修饰剂的月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.01wt％、作为碱的氢氧化钠0.001wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.73。
实施例3
1)先加入作为氧化剂的次氯酸钠2wt％、作为表面修饰剂的十六烷基磺酸钠0.005wt％、作为表面修饰剂的辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠0.001wt％、作为碱的异丙胺1wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌3min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.54。
实施例4
1)先加入作为氧化剂的次氯酸钠1.5wt％、作为表面修饰剂的丁基萘磺酸盐0.02wt％、作为碱的碳酸钠0.01wt％、去离子水，用超声波混合搅拌3min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.45。
实施例5
1)先加入作为氧化剂的次氯酸钠1.5wt％、作为氧化剂的过氧化氢1wt％、作为表面修饰剂的壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠0.005wt％、作为碱的三乙醇胺1.5wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.02。
比较例1
1)先加入作为碱的乙醇胺0.5wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌3min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.62。
比较例2
1)先加入作为氧化剂的过氧化氢2wt％、作为碱的碳酸钠0.001wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30m)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.75。
比较例3
1)先加入作为表面修饰剂的壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠0.005wt％、作为碱的三乙醇胺1wt％、去离子水，用搅拌器混合搅拌5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入作为磨料的氧化硅(平均粒径为30nm)8wt％，用搅拌器混合均匀，搅拌时间为5min，即配制成抛光组合物，pH值为10.26。
(二)试验实施例
将制备实施例1～5和比较例1～3抛光组合物用于砷化镓晶片的抛光，抛光条件如下：
抛光机：双面抛光机
被抛光的砷化镓晶片：4英寸砷化镓晶片
被抛光的砷化镓晶片数：9片
抛光垫：FILWEL抛光垫
抛光压力：100克/平方厘米
下盘转速：50转/分钟
抛光时间：10分钟
抛光组合物流量：100毫升/分钟
抛光后，对抛光砷化镓晶片进行洗涤和干燥，然后测量砷化镓晶片表面质量和抛光速率。用厚度仪测量抛光前后砷化镓晶片的厚度差来求出抛光速率。砷化镓晶片的表面粗糙度Ra用MicroXAM相移表面轮廓仪测定。用光学显微镜观察砷化镓晶片的表面质量情况(划痕、凹坑、突起等缺陷)。对所有9片被抛光砷化镓晶片进行测量，由平均值得到去除速率、表面粗糙度。所得结果如表1。
表面缺陷评价标准如下：
表面缺陷(凹坑)
用光学显微镜(在100倍下)观察，对所抛光盘基片的表面每隔60度取6点测定。评价标准如下：
S：凹坑0个/1视野；
A：凹坑0～5个/1视野；
B：凹坑5个以上/1视野。
表面缺陷(突起)
用光学显微镜(在100倍下)观察，对所抛光盘基片的表面每隔60度取6点测定。评价标准如下：
S：突起0个/1视野；
A：突起0～5个以上/1视野；
B：突起5个以上/1视野。
表1各实施例、比较例抛光盘基片的抛光速率和表面质量
| 抛光速率(微米/分钟) | 表面粗糙度(埃) | 表面缺陷(凹坑) | 表面缺陷(突起) | |
| 实施例1 | 0.83 | 4.96 | S | S |
| 实施例2 | 0.95 | 4.85 | S | S |
| 实施例3 | 0.92 | 4.57 | S | S |
| 实施例4 | 0.81 | 4.63 | S | S |
| 实施例5 | 1.02 | 4.46 | S | S |
| 比较例1 | 0.46 | 20.68 | A | B |
| 比较例2 | 0.74 | 12.59 | B | S |
| 比较例3 | 0.32 | 9.28 | S | A |
由表1的实验结果可见，实施例1～5抛光组合物与比较例1～3抛光组合物相比较，抛光速率更高，均在0.8微米/分钟以上。而且，实施例1～5抛光组合物抛光后砷化镓晶片表面的表面粗糙度更小，均在5埃以下，且表面质量好，无凹坑、突起等缺陷。另外，实施例2较实施例1，抛光组合物所含氧化剂更多，所抛光晶片的去除速率也更大。
比较例1抛光组合物中无氧化剂、表面修饰剂，抛光速率低，表面突起严重，且表面粗糙度大。比较例2抛光组合物，虽含有氧化剂过氧化氢，去除速率得到提高，但无表面修饰剂，表面质量较差，有大量凹坑。比较例3抛光组合物中含有表面修饰剂壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠，但没有氧化剂，即使表面质量有所提高，但去除速率仍很低。
Claims (6)
1.一种用于砷化镓晶片的抛光组合物，其组分配比为：
所述表面修饰剂为磺酸盐或硫酸盐，
所述磺酸盐为含碳数12～20伯烷基磺酸盐、含碳数12～16仲烷基磺酸盐、含碳数12～16烷基苯磺酸钠、含碳数3～8烷基萘磺酸盐中的一种或几种；
所述硫酸盐为烷醇基聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或几种；
所述抛光组合物的pH值为8～13。
2.根据权利要求1所述的用于砷化镓晶片的抛光组合物，其特征在于，所述磨料为氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈中的一种或几种，粒径为5～200nm。
3.根据权利要求1所述的用于砷化镓晶片的抛光组合物，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、硝酸铁、过二硫酸、过乙酸、过苯甲酸、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙、次溴酸、次碘酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的用于砷化镓晶片的抛光组合物，其特征在于，所述碱为氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、烷基胺、醇胺、多羟多胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于砷化镓晶片的抛光组合物，其特征在于，所述水为去离子水或蒸馏水。
6.权利要求1至5任意一个权利要求所述的用于砷化镓晶片的抛光组合物的制备方法，先加入所需用量的氧化剂、表面修饰剂、碱、水，用搅拌器或超声波混合分散均匀后，再加入磨料，混合均匀，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：
1)先加入氧化剂0.1～20wt％、表面修饰剂0.0002～5wt％、碱0.001～10wt％、水，用搅拌器或超声波混合搅拌3～5min，使其分散均匀；
2)采用过滤方法除去磨料中的大颗粒，再加入磨料1～50wt％，用搅拌器或超声波混合搅拌3～5min，使其分散均匀。
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