CN102898951A

CN102898951A - 用于半导体晶片的抛光药液组合物、抛光药液及制备方法

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Publication number: CN102898951A
Application number: CN2012103336509A
Authority: CN
Inventors: 刘建志; 吴怀东; 刘文森; 赵波; 刘征
Original assignee: Beijing Tongmei Xtal Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Tongmei Xtal Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明涉及一种用于半导体晶片抛光药液的组合物，包括次氯酸锂、碳酸氢盐和硅溶胶。本发明还涉及了一种包括所述组合物的抛光药液以及制备方法。本发明提供的抛光药液可以针对（111）特殊角度的半导体晶片，以达到光滑均匀，没有腐蚀坑、孔洞等缺陷的优异晶片表面。本发明提供的抛光药液可作为通用性抛光药液，而且原料价廉易得、降低了药液成本，具有广阔的市场应用价值。

Description

用于半导体晶片的抛光药液组合物、抛光药液及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种用于半导体晶片的抛光药液组合物、抛光药液以及所述抛光药液的制备方法。

背景技术

砷化镓（GaAs）、Si和磷化铟（InP）晶片均为常用的半导体材料，尤其是近年来，砷化镓晶片的发展非常迅速。砷化镓晶片以其优良的性能，逐渐替代Si晶片，成为半导体行业理想的材料。砷化镓晶片的加工方法为首先用金属锯或线锯将砷化镓晶绽切成片，再通过研磨、机械化学抛光等工序完成加工过程。砷化镓晶片通常的切割面为（100）面，即通常的晶片表面为（100）面，但在某些特殊的制造工艺中，需要使用特殊角度的砷化镓材料，例如晶体表面为（111）面、（211）面等特殊角度的砷化镓材料，如图5a和5b所示。

目前，对于（111）这样特殊角度的砷化镓晶片，砷化镓晶体各向异性的特点决定了晶体各个方向的物理和化学性能都不一样，因此腐蚀速度也不一样。而现有抛光药液对于（111）角度方向的腐蚀强度和速度与其它方向的差别很大，所以现有的抛光药液很难将晶片抛成镜面，即使抛成镜面，也会在晶片表面形成腐蚀坑和孔洞等缺陷，结果造成在抛光（111）为主面的晶片时，出现腐蚀不均匀的现象，从而影响晶片表面的镜面形成和表面质量，如图2所示。

现有技术中公开了多种不同类型的抛光药液，如日本住友电器工业株式会社“用于GaAs晶片的机械化学抛光方法”（200810008607.9）公开的抛光药液主要成分包括：二氯异氰尿酸钠、三聚磷酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠和硅胶。中国专利200910000511.2公开的抛光药液主要成分为二氯异氰尿酸钠、焦磷酸钠、苯磺酸钠、碳酸氢钠和硅胶。中国专利200910001587.7公开的抛光药液主要成分有二氯异氰尿酸钠、焦磷酸钠、苯磺酸钠、碳酸氢钠。尽管现有的抛光药液种类繁多，但对于（111）角度的砷化镓晶片仍没有很好的抛光效果。

发明内容

为克服现有抛光药液在抛光特殊角度的半导体晶片时无法取得较好的镜面效果、晶片表面易出现腐蚀坑、孔洞、以及抛光药液成本高昂等缺陷，本发明的目的是提供一种用于半导体晶片抛光药液的组合物。

本发明的另一目的是提供一种用于半导体晶片的抛光药液。

本发明的另一目的是提供一种用于半导体晶片的抛光药液的制备方法。

本发明提供的用于半导体晶片抛光药液的组合物，按照重量份包括以下组分：

次氯酸锂： 5～40份；

碳酸氢盐： 1～20份；

硅溶胶： 50～90份。

优选地，所述组合物按照重量份包括以下组分：

次氯酸锂： 10～30份；

碳酸氢盐： 5～15份；

硅溶胶： 60～80份。

上述组合物中的组分次氯酸锂和碳酸氢盐的调节作用对于抛光药液来说至关重要。所述组合物具有以下优点：

1、在相同条件下，次氯酸锂与其它次氯酸盐（如次氯酸钠）相比，氧化性更强，对半导体晶片的腐蚀性更好，因此抛光效果更好。

2、在相同条件下，次氯酸锂的稳定性更好，因此药液的稳定性更好，使用过程中的分解较少，保证了药液的使用效率。

3、在相同条件下，次氯酸锂的腐蚀更加均匀，因此对于半导体晶片特殊角度的腐蚀效果更好，不会造成抛光效果不均匀的问题，尤其对于砷化镓这种各向异性的材料来说，次氯酸锂相对于其它次氯酸盐，各个方向的腐蚀都能均匀稳定。

4、碳酸氢盐对药液的调节作用，使得药液在上述基础上更加稳定均匀。

基于上述几个特点，使得以次氯酸锂为主要成分、碳酸氢钠和硅溶胶为辅助成分的组合物能够均匀、稳定地腐蚀（111）等特殊角度的半导体晶片，从而保证了抛光晶片的表面获得优质的镜面效果。

所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵。

所述硅溶胶中SiO₂的浓度为20～50wt%。

所述硅溶胶中，SiO₂的粒径为60～120nm；优选80～120nm。

上述半导体晶片为GaAs晶片或InP晶片。

本发明提供的用于半导体晶片的抛光药液，为上述任一项组合物的水溶液，其中，所述组合物的含量为1～10wt%。

优选地，所述抛光药液中组合物的含量为2～7wt%。

本发明提供的抛光药液制备方法为：搅拌下向水中加入次氯酸锂、碳酸氢盐以及硅溶胶即得。

所述制备方法中，各个组分的加料顺序对所述抛光药液没有影响，优选搅拌下依次加入次氯酸锂、碳酸氢盐和硅溶胶。

本发明提供的抛光药液适用于现有所有的抛光方法，抛光过程的工艺、设备等都可采用本领域已有的技术手段。

本发明提供的抛光药液在抛光半导体晶片表面时，各个方向的腐蚀强度和速度能保持一致，且差别细微，从而能保持在抛光过程中，使晶片表面呈现光滑均匀的镜面，保障了晶片表面质量。本发明提供的抛光药液不仅能针对普通晶片使用，更能针对特殊角度的晶片，尤其是（111）、（211）、（311）等角度的晶片，能达到优异的晶片表面质量，表面光滑均匀，没有麻点、腐蚀坑等缺陷，并且可适用于砷化镓（GaAs）晶片、磷化铟（InP）晶片等不同种类的晶片，可作为通用性的抛光药液。

另外，本发明提供的抛光药液原料价廉易得、大大降低了药液的成本，制备方法简便，具有广阔的市场应用价值。

附图说明

图1是采用实施例1所述抛光药液（A药液）抛光后的（111）角度GaAs晶片（光学显微镜200倍条件下拍摄）；

图2是对比例1（B药液）抛光后的（111）角度GaAs晶片（光学显微镜200倍条件下拍摄）；

图3是对比例2（C药液）抛光后的（111）角度GaAs晶片（光学显微镜200倍条件下拍摄）；

图4是实施例1、对比例1、2抛光得到的GaAs晶片的表面粗糙度对比图，其中，横坐标为粗糙度参数，纵坐标为粗糙度值（μm）；

图5a和5b是GaAs晶片各角度表面的示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一、抛光药液的配置

1、药液配比

次氯酸锂：1000克；碳酸氢钠：350克；硅溶胶：2升（天津西立卡，SiO₂浓度约为30wt%，SiO₂颗粒粒径为80-120nm，比重约为1.28）。

2、药液配制过程

（1）在100升的配药桶中加入70升10-19℃的去离子水。

（2）开始搅拌并慢慢倒入次氯酸锂1000g，搅拌5分钟。

（3）在不断搅拌的情况下倒入碳酸氢钠350g，继续搅拌20分钟。

（4）加入硅溶胶2L，再加入自来水至100L刻度线，搅拌5分钟，配制完毕。

二、晶片抛光

抛光机：选择SPEED FAM公司产的9B-5P双面抛光机1、上片

将待抛光的砷化镓晶片放在抛光机中的行星轮孔内。

2、抛光参数的设置

根据需要抛光的厚度和晶片数量，选择相应的抛光参数，2寸晶片40片选择25KG压力的抛光程序。

3、供应药液

采用所述抛光药液，打开流量计开关，控制抛光药液流量在约60升/小时。

4、启动抛光

启动抛光程序，开始抛光。抛光速率约为0.6μm/min，单面抛光12-15μm即可将晶片抛成镜面。

5、下片

在抛光程序完成后，升起大盘，取出晶片，放入晶舟盒中。

6、甩干

先将晶片冲洗干净，然后放进甩干机内甩干。

经上述抛光过程后的（111）角度砷化镓晶片表面如图1所示。

实施例2

一、抛光药液的配置

1、药液配比

次氯酸锂：1200克；碳酸氢钾：500克；硅溶胶：2.5升（天津晶岭，SiO₂浓度约为40wt%，SiO₂颗粒粒径为80-120nm，比重约为1.32）。

2、药液配制过程

（1）在100升的配药桶中加入70升10-19℃的去离子水。

（2）开始搅拌并慢慢倒入次氯酸锂1200g，搅拌5分钟。

（3）在不断搅拌的情况下倒入碳酸氢钾500g，继续搅拌20分钟。

（4）加入硅溶胶2.5L，再加入自来水至100L刻度线，搅拌5分钟，配制完毕。

二、晶片抛光

抛光机：选择SPEED FAM公司产的9B-5P双面抛光机

1、上片

将待抛光的InP晶片放在抛光机中的行星轮孔内。

2、抛光参数的设置

2寸晶片40片选择25KG压力的抛光程序。

3、供应药液

采用所述抛光药液，打开流量计开关，控制抛光药液流量在约70升/小时。

4、启动抛光

启动抛光程序，开始抛光。抛光速率约为1.0μm/min，双面抛光25-30μm即可将晶片抛成镜面。

5、下片

在抛光程序完成后，升起大盘，取出晶片，放入晶片盒中。

6、甩干

先将晶片冲洗干净，然后放进甩干机内甩干。

经上述抛光过程后的（111）角度InP晶片表面光滑均匀、没有麻点和孔洞。

对比例1

采用中国专利200910000511.2记载的抛光药液，以实施例1的晶片抛光过程抛光砷化镓晶片。

经上述抛光过程后的（111）角度砷化镓晶片的表面如图2所示。对比例2

除用次氯酸钠代替次氯酸锂之外，其余同实施例1，抛光砷化镓晶片。

经上述抛光过程后的（111）角度砷化镓晶片的表面如图3所示。

由图1-3可知，采用本发明抛光药液抛光后的砷化镓晶片表面光滑均匀，没有麻点缺陷。对比例1得到的晶片麻点和孔洞密集、表面极度粗糙。对比例2得到的晶片表面效果得到了很大的改善，但仍具有多处麻点和孔洞，不符合使用要求。

对实施例1、对比例1、2得到的晶片进行表面粗糙度测试（测量仪器为SURFCOM A480；参数设置：测量长度为4mm；测量标准为JIS-82），结果见图4。

由图4可知，实施例1的晶片表面粗糙度明显优于对比例1、2，说明本发明提供的抛光药液对（111）角度的半导体晶片具有极好的抛光效果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详细的描述，但是本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本发领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种用于半导体晶片抛光药液的组合物，其特征在于，按照重量份包括以下组分：

次氯酸锂： 5～40份；

碳酸氢盐： 1～20份；

硅溶胶： 50～90份。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按照重量份包括以下组分：

次氯酸锂： 10～30份；

碳酸氢盐： 5～15份；

硅溶胶： 60～80份。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵。

4.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述硅溶胶中SiO₂的浓度为20～50wt%。

5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述SiO₂的粒径为60～120nm。

6.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述SiO₂的粒径为80～120nm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述半导体晶片为GaAs晶片或InP晶片。

8.一种半导体晶片的抛光药液，其特征在于，所述抛光药液为权利要求1-7任一项所述组合物的水溶液，其中，所述组合物的含量为1～10wt%。

9.根据权利要求8所述的抛光药液，其特征在于，所述组合物的含量为2～7wt%。

10.权利要求8或9所述抛光药液的制备方法，其特征在于，搅拌下向水中加入次氯酸锂、碳酸氢盐以及硅溶胶即得。