CN107384218A - 一种碲锌镉材料的抛光液及抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碲锌镉材料的抛光液，由添加剂、作为磨粒的SiO2和作为氧化剂的H2O2混合而成，所述的添加剂为HCl或桔子汁或两者的混合；还公开了一种碲锌镉材料的抛光方法，先对碲锌镉材料进行机械抛光，然后采用上述抛光液进行化学机械抛光；本发明抛光液用于碲锌镉抛光时材料去除率高，并可有效去除碲锌镉及其它II‑VI表面的划痕和损伤层。
Description
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种用于碲锌镉（CdZnTe，简称CZT）材料的抛光液，以及其抛光方法。
背景技术
碲锌镉作为一种极具战略意义和工程意义的材料，在尖端科学和高科技领域发挥着越来越重要的作用。其主要应用领域如下：高能射线（X 射线和γ射线）探测器；生长碲镉汞红外探测材料的衬底；太阳能电池的顶层材料和背接触层材料等。
碲锌镉材料的抛光是整个碲锌镉材料与器件制备中不可或缺的加工程序。碲锌镉材料的抛光方法可分为三种，即机械抛光、化学抛光和化学机械抛光。
机械抛光技术是一种相对比较简单的加工技术。机械抛光的基本原理为选用一种比待加工晶体硬度高的磨料，将其均匀分散在去离子水中，在软抛光垫上对晶体进行抛光加工。由于抛光中所使用的磨料的硬度高于晶体的硬度，所以在磨料和工件相对运动中，硬的磨料会把工件表面凸起处的材料去除，从而使晶体表面平坦化。通常把晶体片抛光分为粗抛和精抛（细抛）两个工序进行：粗抛快速去除磨片时造成的机械损伤层和高畸变层；精抛则是要使晶体片表面达到高性能、高可靠器件对衬底片的高质量要求。但机械抛光容易在材料表面产生严重的损伤层，随着抛光原理的不断创新和抛光加工工艺的不断发展，在实际生产中，机械抛光己经被一些新颖的抛光技术逐步所取代。
化学抛光即酸腐蚀，所采用的主要物质为氢氟酸或氟离子的溶液。其机理为：半导体在化学抛光液中，由于酸的氧化作用，表面形成一层较厚的粘液膜，这层粘液膜在半导体表面较凸的部分较薄，较凹的部分较厚。同时，由于酸的还原作用，使半导体表面发生溶解反应，从而使半导体表面达到整平的目的。但是氢氟酸是一种高毒物质，极易挥发到空气中，而且抛光液为非均匀腐蚀，可能会引起晶片表面的化学计量比偏离。
化学机械抛光产生于20世纪60年代，在这之前导体晶片抛光大都采用机械抛光，通过机械运动用磨料磨除晶片的凸起部分，可得到镜面表面，但表面损伤极其严重。化学机械抛光是一种用于半导体晶片抛光的成熟工艺，是已知的唯一能使平坦化后具有低斜率的整体平坦化技术。化学机械抛光技术具有许多优点，这使得它成为时代最广泛使用的平坦化技术。其优点是可以有效地兼顾表面的全局和局部平整度，已成为半导体加工行业实现晶片全局平面化的主流技术之一。半导体化学机械抛光工艺是衔接材料与器件制备的边沿工艺，它极大地影响着材料和器件的成品率，并肩负消除前加工表面损伤沾污以及控制诱生二次缺陷和杂质的双重任务。化学机械抛光技术是化学作用和机械作用相结合的技术，其过程相当复杂，影响因素很多。
化学机械抛光中最重要的影响因素是化学机械抛光液的成分与比例。化学机械抛光工艺是在化学和机械的共同作用下从工件表面去除材料，化学机械抛光的原理是，在机械研磨晶片的同时发生了化学腐蚀作用，这样就能除去切片或磨片时所产生的机械表面损伤层（或称亚表面损伤层），使晶体片表面光洁如镜，达到预定的抛光效果。由于以化学作用为主，机械作用为辅，因此，与机械抛光工艺相比，化学机械抛光可以获得更高精度、更低表面粗糙度的晶体表面。由于选用比晶片软或者与工件硬度相当的磨粒，在化学反应和机械作用的共同作用下从工件表面去除极薄的一层材料，因而可以获得高精度、低表面粗糙度、无加工缺陷的工件表面。
化学机械抛光系统是由一个旋转的晶片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光液供给装置三大部分组成。化学机械抛光加工时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，在工件表面产生化学反应，生成一层反应膜，该反应膜由磨粒和抛光垫的机械作用去除，在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工。由于采用比工件软或者与工件硬度相当的磨粒，在化学反应和机械作用的共同作用下从工件表面去除材料，因此，化学机械抛光可以获得高精度、低表面粗糙度、无加工缺陷的工件表面。
化学和机械两个过程的快慢综合和一致性影响着工件的抛光速率和抛光质量。抛光速率是由这两个过程中速率慢的过程所控制。因此要实现高效率、高质量的抛光，必须使化学作用过程和机械作用过程进行良好匹配。
化学机械抛光可以处理碲锌镉材料表面的粗糙度，但是现有的碲锌镉材料用抛光液抛光后会在碲锌镉表面产生抛光纹路及表面损伤层的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，主要目的在于提供一种不产生纹路，可以去除表面损伤层的碲锌镉抛光液。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碲锌镉材料的抛光液，由添加剂、作为磨粒的SiO2和作为氧化剂的H2O2混合而成，所述的添加剂为HCl或桔子汁或两者的混合。
所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其添加剂的含量为300ml/L。
所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其磨粒的粒度为5—20nm。
所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其氧化剂的含量为500ml/L。
本发明的另一目的在于提供一种碲锌镉材料的抛光方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碲锌镉材料的抛光方法，先对碲锌镉材料进行机械抛光，然后采用如权利要求1所述的抛光液进行化学机械抛光。
进一步，所述的碲锌镉材料为Cd1-xZnxTe。
进一步，所述的抛光温度为20—30℃，抛光时间为10min。
进一步，将经化学机械抛光处理后的碲锌镉材料用无水乙醇清洗2—5min后取出。
本发明的有益效果是：本发明抛光液用于碲锌镉抛光时材料去除率高，并可有效去除碲锌镉及其它II-VI表面的划痕和损伤层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
一种碲锌镉抛光液，由添加剂、作为磨粒的SiO2和作为氧化剂的H2O2混合而成，所述的添加剂为HCl或桔子汁或两者的混合。
进一步，所述添加剂的含量为300ml/L。
再进一部，所述磨粒的粒度为5—20nm。
更进一步，所述氧化剂的含量为500ml/L。
一种碲锌镉的抛光方法，先对碲锌镉材料进行机械抛光，然后采用上述的抛光液进行化学机械抛光。
其中，所述的碲锌镉材料为Cd1-xZnxTe，如x=0.04及x=0.1的碲锌镉。
在优选情况下，所述的抛光温度为20—30℃，抛光时间为10min。当温度低于20℃时，抛光液的粘度较高，半导体溶解慢，达不到好的抛光效果；抛光温度升高，抛光液的粘度低，半导体溶解速度加快，效率高。但若温度高于30℃时，易使半导体表面产生腐蚀麻点而降低抛光质量。
在优选情况下，将经化学机械抛光处理后的碲锌镉用无水乙醇清洗2—5min后取出，即可得到表面平整光亮且无损伤层的效果。
实施例1
以10×10×1 mm3的碲锌镉Cd0.96Zn0.04Te为实验样品进行抛光处理。
1，机械抛光
将碲锌镉采用先后采用颗粒度为3—4μm和800nm的三氧化二铝进行机械抛光，以除去表面氧化物，并整体降低表面粗糙度。
2，化学机械抛光
1），配制化学机械抛光液：将SiO2，H2O2，HCl和桔子汁各50ml, 以3:2:1:2比例混合均匀，制得200ml，即得到本实施例的抛光液。
2），抛光：将经机械抛光的碲锌镉衬底粘在抛光台上。抛光温度为20℃，抛光时间为15min。
3），清洗：将经过处理后的碲锌镉衬底用丙酮和无水乙醇清洗各清洗5min后取出，可得到表面平整光亮的镜面抛光效果的碲锌镉。
将经过上述抛光处理的碲锌镉进行抛光前后的原子力显微镜测试，发现抛光后的表面的粗糙度Ra约为0.94nm。
再经X射线摇摆曲线测试后的半峰宽（FWHM）约为20 rad•s。
实施例2
以10×10×1 mm3的碲锌镉Cd0.9Zn0.1Te为实验样品进行抛光处理。
1，机械抛光
将碲锌镉采用先后采用颗粒度为3—4μm和800nm的三氧化二铝进行机械抛光，以除去表面氧化物，并整体降低表面粗糙度。
2，化学机械抛光
1），配制化学机械抛光液：同实施例1。
2），化学机械抛光：同实施例1。
3），清洗：同实施例1。
将经过上述抛光处理的碲锌镉进行抛光前后的原子力显微镜测试，发现抛光后的表面的粗糙度Ra约为0.92nm。
再经X射线摇摆曲线测试后的半峰宽（FWHM）约为16 rad•s。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种碲锌镉材料的抛光液，其特征在于：由添加剂、作为磨粒的SiO2和作为氧化剂的H2O2混合而成，所述的添加剂为HCl或桔子汁或两者的混合。
2.根据权利要求1所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其特征在于，所述添加剂的含量为300ml/L。
3.根据权利要求1所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其特征在于，所述磨粒的粒度为5—20nm。
4.根据权利要求1所述的一种碲锌镉材料的抛光液，其特征在于，所述氧化剂的含量为500ml/L。
5.一种碲锌镉材料的抛光方法，其特征在于，步骤为：先对碲锌镉材料进行机械抛光，然后采用如权利要求1所述的抛光液进行化学机械抛光。
6.根据权利要求5所述的一种碲锌镉材料的抛光方法，其特征在于，所述的碲锌镉材料为Cd1-xZnxTe。
7.根据权利要求5所述的一种碲锌镉材料的抛光方法，其特征在于，所述的抛光温度为20—30℃，抛光时间为10min。
8.根据权利要求5所述的一种碲锌镉材料的抛光方法，其特征在于，还包括对经化学机械抛光处理后的碲锌镉材料用无水乙醇清洗2—5min的步骤。
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