CN102427034A - 一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，包括：在GaAs晶片正面涂覆光刻胶，在该光刻胶上喷涂第一粘附剂；在蓝宝石载物片表面喷涂第二粘附剂，将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合；将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上；对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光；测量减薄后该GaAs晶片的厚度，当厚度小于100μm时停止减薄抛光；将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具进行精密抛光；监控减薄后该GaAs晶片的厚度，当该GaAs晶片的厚度≤30μm，停止抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗。本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，避免了引入大尺寸的划伤，降低了GaAs表面损伤，粗糙度Ra达到很好的程度。

Description

一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法

技术领域

本发明涉及砷化镓(GaAs)加工技术领域，尤其涉及一种对厚度范围为400μm至600μm的超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法。

背景技术

砷化镓(GaAs)是III-V族化合物半导体中最重要、用途最广泛的材料之一，它的禁带宽度大，电子迁移率高，介电常数小，能引入深能级杂质，电子有效质量小，能带结构特殊，具有双能谷导带，可以制备发光器件、半导体激光器、微波体效应器件、太阳能电池和高速集成电路等，广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中。

相比电子产业的中流砥柱Si材料，GaAs拥有比Si更优异的电子特性，如高的饱和电子速率及高的电子移动率，使得GaAs电路可以在250GHz频率工作。如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会拥有更少的噪声。也因为GaAs有较高的崩溃电压，所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。GaAs的的另一个优点：它是直接能隙的材料，所以可以用来发光，他的发光效率比锗等材料更高，不仅可以用来制作发光二极管，光探测器，还可以用来制作半导体激光器。

在GaAs集成电路的可靠性实验当中，大多数样品均出现一段时间内器件热阻随时间减小的现象。这是由于较高的试验温度使芯片与管壳之间的接触应力有所改善。对于功率场效应晶体管(FET)，热阻是一个重要的参数，当器件处于同一功耗和外部环境时，热阻小，就可以减小沟道温度，提高器件正常使用状态的可靠性。通过GaAs晶片厚度减薄、刻蚀贯穿GaAs晶片的通孔、电镀晶片背面散热用大面积金属薄膜等工艺，可以减小GaAs器件热阻，从而有效地提高功率器件与电路的可靠性。

在GaAs晶片背面加工工艺的制造中，减薄和抛光是最关键的半导体工艺。但是由于GaAs的硬度很低，只有摩氏硬度4.5，和硅工艺比较来说，脆弱的物理机械性能使得其后道工艺加工难度很大。特别在减薄工艺中，由于设备运行施放的附加重量和进给压强的影响，极易在减薄过程中造成GaAs晶片的碎裂，从而很难制作厚度低于100μm的GaAs晶片。无法有效精确控制晶片厚度和表面粗糙度会造成刻蚀通孔尺寸变形，背面散热金属脱落的严重后果。过于快速而暴力的加工过程造成的横向剪切力也会使器件的电学性能发生退化。因此，需要开发专用于GaAs的减薄工艺和抛光工艺。

另外，在GaAs正面加工工艺已经趋于成熟的同时，背面加工工艺依然不够完善，有很多工艺问题勘待解决。本发明创新的提供了一种集高速减薄和镜面抛光为一体的新型工艺，实现了GaAs衬底的超薄厚度加工工艺技术，将GaAs晶片的背面加工工艺提升到了一个新的水平。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，以解决GaAs晶片背面工艺制作中减薄的工艺难题，有效的解决对厚度精确控制，表面加工精度的控制，加工过程的量化步骤控制，达到了简化操作步骤，提高减薄表面效果，实现超薄厚度的加工目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，包括：在GaAs晶片正面涂覆光刻胶，在该光刻胶上喷涂第一粘附剂；在蓝宝石载物片表面喷涂第二粘附剂，使用该第二粘附剂与该第一粘附剂将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合；将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上；采用贴覆单晶金刚石研磨布的不锈钢磨盘和研磨浆液对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光；从减薄夹具上取下该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片，测量减薄后该GaAs晶片的厚度，当厚度小于100μm时停止减薄抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗；将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具进行精密抛光；监控减薄后该GaAs晶片的厚度，当该GaAs晶片的厚度≤30μm，停止抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，与以往的GaAs晶片减薄方法不同，在一开始就使用了抛光工艺，减薄过程中起作用的磨削颗粒一开始就达到纳米级，从而避免了引入大尺寸的划伤。

2、本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，使用了人造金刚石涂布材料，金刚石的硬度保证了减薄足够的去除效果，同时表层金刚石颗粒脱落，里层颗粒露出的涂层自我更新过程也降低了GaAs表面损伤，粗糙度Ra达到很好的程度。相比采取的其他材料磨盘，没有引入杂质和金属污染。平整有弹性的聚酯纤维保证了大面积减薄的厚度均匀性，这是相对于采取其他磨盘的又一个创新优势。

3、本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，在精密的抛光过程中，没有使用常用抛光工艺的中硅胶，而是采用纳米CeO₂微粒，提高了抛光效果，同时材料去除效果也大大提高，精确的控制压强使得可以制作厚度≤30μm的抛光GaAs晶片，达到较高的工艺水平。

附图说明

图1是本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法流程图；

图2是依照本发明实施例的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤10：在GaAs晶片正面涂覆光刻胶，在该光刻胶上喷涂第一粘附剂；

步骤20：在蓝宝石载物片表面喷涂第二粘附剂，使用该第二粘附剂与该第一粘附剂将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合；

步骤30：将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上；

步骤40：采用贴覆单晶金刚石研磨布的不锈钢磨盘和研磨浆液对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光；

步骤50：从减薄夹具上取下该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片，测量减薄后该GaAs晶片的厚度，当厚度小于100μm时停止减薄抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗；

步骤60：将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具进行精密抛光；

步骤70：监控减薄后该GaAs晶片的厚度，当该GaAs晶片的厚度≤30μm，停止抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗。

基于图1所示的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法流程图，图2示出了依照本发明实施例的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1：在已经制作有正面电路结构的GaAs晶片的正面涂覆ZEP-502A型光刻胶，该光刻胶的厚度为3～4μm，然后将该GaAs晶片在180℃烘箱N₂气氛烘烤20分钟使该ZEP-502A型光刻胶固化；

步骤2：在180℃真空环境下，在该ZEP-502A型光刻胶上喷涂六甲基二硅烷(HMDS)粘附剂；

步骤3：在135～150℃且真空度≤1×10^-2mbar的真空环境下，在蓝宝石载物片表面喷涂乙二醇钛酸酯粘附剂，并使用该乙二醇钛酸酯粘附剂与该六甲基二硅烷粘附剂将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合，冷却至室温20～24℃；

步骤4：将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上，并使用刀片刮去GaAs晶片背面多余的乙二醇钛酸酯颗粒残渣；

步骤5：采用贴覆单晶金刚石研磨布的不锈钢磨盘和研磨浆液对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光：金刚石研磨布采用聚酯纤维，表面有纳米人造金刚石(CBN，立方氮化硼)涂层，涂层中金刚石颗粒粒径500nm～800nm，磨盘转速100～200转/分钟；研磨浆液主要成分为(1)润滑剂：PEG聚乙二醇混合物；(2)表面活性剂：苯磺酸钠；(3)分散剂：次氯酸钠；(4)去离子水；(5)PH值调节剂：氨水和双氧水。质量百分比为：润滑剂PEG-600 1％～5％，PEG-1000 1％～5％；活性剂0.5％～10％；分散剂1％～4％；去离子水80％～94％；PH调节剂：0.1％～1％；PH值6.5～11.5；浆液流速2～3ml/秒；

步骤6：从减薄夹具上取下该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片，测量减薄后该GaAs晶片的厚度，当厚度小于100μm后停止，将之放入超声槽中超声清洗20分钟，超声频率40k～80kHz，清洗液采用RCA清洗液中的SC-2，SC-2成分为：HCl/H₂O₂/H₂O～10％/10％/80％(体积百分比)，加热温度65～85℃；用DI水冲洗干净，用热N₂吹干；

步骤7：将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具，开始精密抛光，抛光液采用纳米CeO₂浆液，质量百分比为：5％～10％ CeO₂微粒，粒径≤10nm；次氯酸钾和双氧水混合液5％～15％；DI水80％～90％，PH值8～11，流速4～8ml/秒；采用聚酰胺树酯磨盘，磨盘采用螺旋型导液槽，磨盘公转转速40～60转/分钟；夹具自传转速80～120转/分钟；压力0.01～0.06Pa；

步骤8：监控减薄后该GaAs晶片的厚度，当该GaAs晶片的厚度达到要求后，一般是要求该GaAs晶片的厚度≤30μm，停止抛光，进行清洗。将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片放入超声槽中超声清洗，超声频率40k～80kHz，清洗步骤采用丙酮10分钟，乙醇10分钟，DI水10分钟的顺序；清洗后将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片用热N₂吹干；

步骤9：工艺完成。

经过上述步骤的工艺操作，可以得到厚度≤30μm，直径4英寸圆形面积厚度均匀性分布±0.2μm，粗糙度

的镜面效果的GaAs晶片。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，包括：

在GaAs晶片正面涂覆光刻胶，在该光刻胶上喷涂第一粘附剂；

在蓝宝石载物片表面喷涂第二粘附剂，使用该第二粘附剂与该第一粘附剂将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合；

将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上；

采用贴覆单晶金刚石研磨布的不锈钢磨盘和研磨浆液对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光；

从减薄夹具上取下该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片，测量减薄后该GaAs晶片的厚度，当厚度小于100μm时停止减薄抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗；

将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具进行精密抛光；

监控减薄后该GaAs晶片的厚度，当该GaAs晶片的厚度≤30μm，停止抛光，并对该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片进行清洗。

2.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述超薄厚度GaAs晶片的厚度范围为400μm至600μm。

3.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述在GaAs晶片正面涂覆光刻胶的步骤中，所述GaAs晶片正面制作有正面电路结构，所述在GaAs晶片正面涂覆光刻胶是在该正面电路结构上涂覆光刻胶，所述光刻胶采用ZEP-502A型光刻胶，该光刻胶的厚度为3～4μm；在GaAs晶片正面涂覆光刻胶之后，还包括将该GaAs晶片在180℃烘箱N₂气氛烘烤至少20分钟使该ZEP-502A型光刻胶固化。

4.根据权利要求3所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述在光刻胶上喷涂第一粘附剂的步骤中，是在180℃真空环境下，在该ZEP-502A型光刻胶上喷涂六甲基二硅烷粘附剂。

5.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述在蓝宝石载物片表面喷涂第二粘附剂的步骤中，是在135～150℃且真空度≤1×10^-2mbar的真空环境下，在蓝宝石载物片表面喷涂乙二醇钛酸酯粘附剂。

6.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述使用该第二粘附剂与该第一粘附剂将该蓝宝石载物片表面与该GaAs晶片正面黏合之后，还包括：将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片冷却至室温20～24℃。

7.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述将黏合有GaAs晶片的该蓝宝石载物片安装在减薄夹具上之后，还包括：使用刀片去除该GaAs晶片背面多余的乙二醇钛酸酯颗粒残渣。

8.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述采用贴覆单晶金刚石研磨布的不锈钢磨盘和研磨浆液对该GaAs晶片背面进行初步减薄抛光的步骤中，

单晶金刚石研磨布采用聚酯纤维，表面有纳米人造金刚石涂层，涂层中金刚石颗粒粒径500nm～800nm，磨盘转速100～200转/分钟；

研磨浆液的成分为：润滑剂、表面活性剂、分散剂、去离子水和PH值调节剂；其质量百分比为：润滑剂1％～5％；活性剂0.5％～10％；分散剂1％～4％；去离子水80％～94％；PH调节剂：0.1％～1％；

研磨浆液的PH值为6.5～11.5，浆液流速2～3ml/秒。

9.根据权利要求8所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述润滑剂采用PEG聚乙二醇混合物，所述表面活性剂采用苯磺酸钠，所述分散剂采用次氯酸钠，所述PH值调节剂采用氨水和双氧水。

10.根据权利要求1所述的对超薄厚度GaAs晶片进行镜面抛光减薄的方法，其特征在于，所述将该黏合有GaAs晶片的蓝宝石载物片再次装入夹具进行精密抛光的步骤中，抛光液采用纳米CeO₂浆液，成分比例为：5％～10％CeO₂微粒，粒径≤10nm；次氯酸钾和双氧水混合液5％～15％；去离子水80％～90％，PH值8～11，流速4～8ml/秒；

采用聚酰胺树酯磨盘，磨盘采用螺旋型导液槽，磨盘公转转速40～60转/分钟；夹具自传转速80～120转/分钟；压力0.01～0.06Pa。

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