CN106833389A - 一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域。本发明所述组合物包含酸性二氧化硅溶胶、表面保护膜形成剂、催化氧化剂、唑类化合物、表面活性剂和去离子水。采用本发明的组合物进行砷化镓晶片表面抛光，具有去除速率高，抛光性能稳定，并能直接稀释使用等特点，抛后表面质量高，表面粗糙度Ra可达0.615纳米，表面无划伤、凹坑等缺陷，适用于光电子领域和微电子领域。
Description
技术领域
本发明属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域，特别涉及一种具有催化作用的抛光组合物。
背景技术
砷化镓(gallium arsenide)，化学式GaAs。GaAs是一种重要的半导体材料。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。
砷化镓材料具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙，消耗功率低的特性，广泛应用于高频及无线通讯，适于制作IC器件。从应用领域来说，主要在光电子领域和微电子领域。
生产GaAs的原材料主要有Ga(镓)、As(砷)、Al2O3(氧化铝)、B2O3(氧化硼)；其中，Ga(镓)是最为可贵的原材料。在微电子领域中，使用的化合物半导体材料属于高端产品，主要用于制作无线通讯(卫星通讯、移动通讯)、光纤通讯、汽车电子等用的微波器件。在光电子领域中，使用的化合物半导体材料属于低端产品，主要用于制作发光二极管、激光器及其它光电子器件。
由于GaAs半导体材料的特殊性,该器件将会是未来集成电路的重要发展方向,国家正大力支持该行业的迅速发展,随着智能手机进入4G时代,以至于后面的5G及物联网的崛起,多模多频的GaAs微波功率器件需求量较3G时代将大幅提升。未来几年，随着我国光电通信等行业继续大力发展。GaAs行业的市场需求潜力依然较大。预计到2021年，我国GaAs市场销售额达65.1亿元。
GaAs电路与器件，都是以GaAs抛光晶片为衬底，抛光晶片表面质量直接影响器件的性能和成品率。尤其是离子注入工艺，通常离子注入层的深度在晶片表面范围，抛光晶片的亚表面损伤层恰好是在这个范围内，它的晶格不完整性会直接降低离子注入层电阻率的均匀性和电子迁移率；降低了源漏饱和电流的均匀性和器件的成品率。所以研究和制备表面质量好，亚表面损伤层低的GaAs抛光晶片十分重要。
化学机械抛光(chemical mechanical polishing，下简称CMP)是目前既能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求以及获得无损伤表面的最好工艺方法，广泛应用于半导体工业的层间介质，导体，光学玻璃等表面加工领域。
目前，在GaAs抛光晶片抛光过程中，通常采用次氯酸钠或双氧水做为氧化剂，在抛光过程中将抛光液与氧化剂混合后进行抛光，此方法容易造成在抛光过程中氧化剂的失效，影响抛光效果，且造成使用过程中频繁配置，不易使用。且目前主流砷化镓抛光液抛光速率通常1微米/分钟以内，粗糙度在2nm以内；性能还有待进一步提升。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，本发明在实现抛光效率及表面粗糙度的最佳结合基础上，实现砷化镓抛光液高效稳定抛光，速率在1.5微米/分钟以上，粗糙度在1nm以内，且可直接稀释使用。
本发明的一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，其持征在于，所述组合物包含酸性二氧化硅溶胶、表面保护膜形成剂、催化氧化剂、唑类化合物、表面活性剂和去离子水；各组分配比为：
所述组合物适用于砷化镓在低压条件下的抛光，所述的低下压力为0.5-1.5psi。
所述酸性二氧化硅溶胶pH值为1.5～5。
所述表面保护膜形成剂聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
所述催化氧化剂为甲酸、硝酸铈铵、过硫酸铵、亚硝酸钠、亚硝酸特丁酯、六水三氯化铁、九水硝酸铁、高碘酸钾、高氯酸、高碘酸铵、过氧乙酸中的一种或几种。
所述唑类化合物为咪唑、噻唑烷二酮、烯唑醇、三唑醇、双苯三唑醇、2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、甲基苯并三唑中的一种或几种。
所述表面活性剂是聚丙烯酸类高分子表面活性剂、羧酸盐类表面活性剂、高级脂肪醇硫酸酯类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。
附图说明
图1是使用本发明抛光组合物(实施例2)抛光后砷化镓表面原子力显微镜(AFM)图，表面粗糙度Ra为0.615nm。
图2是使用传统方式双氧水做为氧化剂的抛光液(比较例2)，抛光后砷化镓表面原子力显微镜(AFM)图，表面粗糙度Ra为1.110nm。
图3是本发明实施例2配置组合物与比例2配置的组合物随放置时间的效果比较图。
具体实施方式
本发明将通过下面实施例进一步加以详细描述，下列实施例仅以举例说明本发明的实质性特点和显著的进步，而不对本发明的范围作任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现的修改和变化均包括在本发明及所附权利要求的范围内。
下列实施例的对象为2英寸砷化镓片，抛光使用的设备及试验条件如下：
(1)抛光仪器：UNIPOL‐1000S(沈阳科晶自动化设备有限公司)
(2)抛光条件：见实施例
抛光垫转速：160rpm
抛光头转速：80rpm
抛光温度：25℃
抛光液流速：40mL/min
抛光垫：Suba 800(陶氏化学公司)
抛光时间：10min
抛光后，对砷化镓表面进行清洗剂及去离子水洗涤和干燥，然后测量厚膜片的去除速率和表面质量。抛光去除速率(MRR)采用精度为0.01mg的精密电子天平测重过抛光前后晶片重量的变化计算得到，抛光速率为抛光去除重量换算成去除厚度后与抛光时间的比值。抛光后砷化镓表面质量检测，使用Bruker公司的Dimension ICON原子力显微镜观测表面形貌并计算表面粗糙度(Ra)，探针半径为10nm，其垂直分辨率为0.01nm，扫描频率为1.5Hz，扫描范围20×20μm2。实施例1～6及对比例1～3的抛光液配比及相应氮化镓抛后表面粗糙度及其去除速率如表1所示。
由表1的抛光效果可见，实施例1～7抛光液与比较例1～3相比较，砷化镓抛光去除速率更高，抛光去除速率可达1.788μm/min，AFM测试结果表明，经实施例1～7抛光液抛光后的砷化镓表面更为光滑，且无划痕凹坑等表面损伤，表面粗糙度达0.615纳米。
由表1的抛光效果可见，实施例1～7抛光液与实施例8～10相比较，在低压力条件下，砷化镓抛光去除速率也能达到高压力条件下的水平，而且对砷化镓晶片起到很好的保护作用，能得到更好的表面。
比较例1中，实施例2和比较例2抛光组合物中除氧化剂不同，其余成分及含量相同，图3表明，实施例2配置放置随时间推移，效果稳定，反观比较例2用双氧水为氧化剂的抛光液，随时间推移逐渐失效，影响抛光效果。
采用本发明的抛光液进行砷化镓晶片表面抛光，具有去除速率高，抛光性能稳定，并能直接稀释使用等特点，抛后表面质量高，表面粗糙度Ra可达0.615纳米，表面无划伤、凹坑等缺陷，适用于光电子领域和微电子领域。
本发明的组合物在低压条件下即可完成抛光，对砷化镓晶片起到很好的保护作用、成品率高，并同时达到高去除率、抛光性能稳定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
下述列表为本发明实施例列表，包含各实施例中抛光液的组分和含量以及由其进行抛光后的砷化镓表面的粗糙度和抛光速率，并与现有技术情况的比较情况。
Claims (7)
1.一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，其持征在于，所述组合物包含酸性二氧化硅溶胶、表面保护膜形成剂、催化氧化剂、唑类化合物、表面活性剂和去离子水；各组分配比为：
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物适用于砷化镓晶片在低压条件下的抛光，所述的低下压力为0.5-1.5psi。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述酸性二氧化硅溶胶pH值为1.5～5。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述表面保护膜形成剂聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述催化氧化剂为甲酸、硝酸铈铵、过硫酸铵、亚硝酸钠、亚硝酸特丁酯、六水三氯化铁、九水硝酸铁、高碘酸钾、高氯酸、高碘酸铵、过氧乙酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述唑类化合物为咪唑、噻唑烷二酮、烯唑醇、三唑醇、双苯三唑醇、2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、甲基苯并三唑中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述表面活性剂是聚丙烯酸类高分子表面活性剂、羧酸盐类表面活性剂、高级脂肪醇硫酸酯类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。
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