CN107378654B - 一种钽酸锂晶片的抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钽酸锂晶片的抛光方法，包括如下步骤：a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为5～20um的磨料研磨，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.005～1MPa，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，获得钽酸锂单抛片。本发明一次抛光，批量生产，抛光效率高，生产的钽酸锂晶片表面平坦度高，这一特征决定了钽酸锂晶片在器件应用中不易破碎，材料利用率高，加工成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，具体涉及半导体的晶片材料钽酸锂晶片的抛光方法。
背景技术
钽酸锂（LiTaO3，以下简称LT）是一种具有压电、热释电效应同时硬度低(莫氏硬度为5，Si的莫氏硬度为6)，易破碎的晶体。LT因其卓越的物理特性，得到了越来越多的关注，在航空、航天，民用光电产品等领域得到广泛应用，如表面波器件、窄带滤波器、传感器、光子可调谐滤波器、声光器件、光陀螺仪等。不同于硅晶体和蓝宝石晶体，它的特点是极端低的断裂韧性和硬度。例如，它的断裂韧性，实际上是硅的三分之一，蓝宝石的十分之一。超薄钽酸锂晶片在加工过程中极易破损，不仅废品率高，而且加工效率极低，导致企业生产成本高。
随着IC设计技术和制造技术的发展和进步，集成电路芯片的集成度在不断提高，芯片密度呈指数增长趋势，线宽不断缩小，线密度不断提高，聚焦深度不断变浅，致使对晶片材料的粗糙度（光洁度）和平坦化要求不断提高。抛光技术一直都是超精密加工中一种重要的方法，是降低表面粗糙度、去除损伤层，获得光滑、无损伤表面的终加工手段。超精密CMP在半导体制造技术中已被业界公认为最行之有效的全局平坦化技术。
在正常抛光条件下，材料的去除率与抛光速度、抛光压力、抛光温度成正比。抛光相对速度越高、压力越大、温度越高，材料去除率就越高，得到的表面粗糙度越大。抛光正压力的不均匀性会造成抛光非均匀磨损，使抛光质量恶化，粗糙度和平坦度变差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供，一种钽酸锂晶片的抛光方法，一次抛光，批量生产，抛光效率高，生产的钽酸锂晶片表面平坦度高，这一特征决定了钽酸锂晶片在器件应用中不易破碎，材料利用率高，加工成品率高。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种钽酸锂晶片的抛光方法，具体包括如下步骤：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为5～20um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为1～16小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.005～1MPa，抛光温度为20～45℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为1～3um，纵向深度1nm～5nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的20%～80%。再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片。
作为一种优选，所述步骤a中，钽酸锂切割片的厚度为250～280um，研磨片的厚度为220～250um。
作为一种优选，所述磨料采用碳化硼、金刚石、氧化铝或碳化硅中的一种或多种的混合物。钽酸锂研磨片的粗糙度取决于采用的碳化硅磨料粒径，一般而言粒径越大，粗糙度越大。
上述步骤b)中，化学腐蚀是指将钽酸锂晶片研磨片在混合酸中进行浸蚀整平，去除表面杂质，修复表面损伤，翘曲度控制。
上述步骤b)中，所述腐蚀液可选自HNO3、HF的一种或两种的混合。
上述步骤b)中，腐蚀时间根据钽酸锂抛光后的平坦度、翘曲度确定，可以为几分钟至几十小时，优选1～16小时。腐蚀后翘曲度＜30μm，粗糙度＜200nm，平坦度＜5um则可以结束化学腐蚀。经过化学腐蚀之后的晶片表面实现局部平坦化，并且形成表面随机无序的凹坑结构。
上述步骤c)中，抛光表面的形成过程较为复杂，初始阶段主要是除去前工序留下的微小凸出部分，此阶段的实际抛光面积是极其微小的，单位面积上承受的抛光作用压力较大，因此，这阶段抛光表面的形成速率就大。随着抛光过程的进行，晶片被抛光的表面积越来越大，单位面积上承受的压力逐渐减小，抛光表面积的形成速率也逐渐减小。这一阶段主要是抛光整个表面。第三阶段，是抛光过程中花费时间最长的阶段。大部分抛光表面已在第二阶段形成，这一阶段的主要任务是抛除晶片表面上的个别大缺陷，至少要比第一，第二阶段多花一倍的时间来除去这些大缺陷。
本发明的钽酸锂晶片表面抛光，且抛光表面粗糙度＜0.5nm, 平坦度＜3um，抛光表面具有随机无序的凹坑结构。本发明钽酸锂晶片表面随机无序的凹坑结构中，凹坑凹陷处的横向尺寸为1～3um，纵向深度1nm～5nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的20%～80%。
本发明抛光压力对抛光速率和抛光表面质量影响很大，通常抛光压力增加，机械作用增强，抛光速率也增加，但使用过高的抛光压力会导致抛光速率不均匀、抛光垫磨损量增加区域温度升高且不易控制、使出现划痕的机率增加等，从而降低了抛光质量。
与传统的全局平坦化钽酸锂晶片相比，一方面，与传统的粗抛、精抛技术比较由于本发明的钽酸锂晶片片表面一次抛光，这样的钽酸锂晶片大大降低了加工成本。同时本发明在对钽酸锂晶片抛光时采用了化学抛光技术，可以同时将大量的钽酸锂研磨片一次性抛光，大大增加了抛光效率。
第二方面，由于本发明的钽酸锂晶片表面粗糙度小。可将这样的钽酸锂晶片直接应用于滤波器基底；另一方面，降低外延层材料与晶片材料之间由于晶格不匹配造成的内应力，缓和应力集中，减少位错密度，提高外延质量。由于本发明的钽酸锂晶片具有随机无序的凹坑结构。这样的晶片增强涂胶镀膜过程中的附着力，防止镀层开裂；再一方面，降低镀层与钽酸锂晶片之间由于晶格不匹配造成的内应力，缓解应力集中，减少位错密度，提高滤波器件质量。
第三方面，由于本发明的钽酸锂晶片表面平坦度高，这一特征决定了钽酸锂晶片在器件应用中不易破碎，材料利用率高，加工成品率高。
附图说明
图1为本发明实施例不同加工压力下凹坑横向、纵向深度变化示意图。
图2为本发明实施例不同加工压力下粗糙度变化示意图。
图3为本发明实施例不同加工压力下平坦度变化示意图。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
具体实施方式
以下列举具体实例以进一步阐述本发明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为6um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为4小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.25MPa，抛光温度为30℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为2.0um，纵向深度4.2nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的20%。再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片
实施例2：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为6um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为8小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.50MPa，抛光温度为30℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为1.8um，纵向深度2.2nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的40%。再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片。
实施例3：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为6um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为8小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.75MPa，抛光温度为30℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为1.2um，纵向深度1.5nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的60%。再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片。
实施例4：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为6um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为16小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为1MPa，抛光温度为30℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为2.2um，纵向深度3.5nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的80%。再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片。
Claims (6)
1.一种钽酸锂晶片的抛光方法，具体包括如下步骤：
a)将切割后的钽酸锂晶片，用粒度为5～20um的磨料研磨，使钽酸锂晶片的粗糙度＜300nm，平坦度＜10um，再进行超声清洗，获得表面具有粗糙结构的钽酸锂研磨片；
b)将钽酸锂研磨片在盛有硝酸和氢氟酸混合酸的密闭容器中直接进行化学腐蚀，腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为1～16小时，使钽酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜5um，再进行超声清洗，获得表面随机无序凹坑结构的钽酸锂腐蚀片；
c)将钽酸锂腐蚀片用单抛机和抛光液进行单面抛光，抛光压力为0.005～1MPa，抛光温度为20～45℃，使钽酸锂晶片的粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，凹坑凹陷处的横向尺寸为1～3um，纵向深度1nm～5nm，凹陷部分的表面积占钽酸锂晶片表面积的20%～80%；再进行超声清洗，获得最终的钽酸锂单抛片。
2.如权利要求1所述的钽酸锂晶片的抛光方法，其特征在于，所述钽酸锂晶片的表面粗糙度＜0.5nm，平坦度＜3um，厚度为180～200um。
3.如权利要求1所述的钽酸锂晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤a中，钽酸锂切割片的厚度为250～280um，研磨片的厚度为220～250um。
4.如权利要求1所述的钽酸锂晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤a中，所述磨料采用碳化硼、金刚石、氧化铝或碳化硅中的一种或多种的混合物。
5.如权利要求1所述的钽酸锂晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤b中，腐蚀后的翘曲度＜30μm。
6.如权利要求1所述的钽酸锂晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤c中，抛光液为碱性二氧化硅或氧化铝的混合物。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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