CN112077691B - 一种锑化镓单晶片的抛光方法 - Google Patents

一种锑化镓单晶片的抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锑化镓单晶片的抛光方法，包括如下步骤：1)对锑化镓单晶片进行双面磨削，去除锑化镓单晶片表面的损伤；2)对磨削后的锑化镓单晶片采用抛光布配合抛光液进行化学机械抛光；3)对化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行取片清洗。该发明通过对抛光液的组分和含量，以及与之配合的抛光布进行选择优化，实现了锑化镓单晶片抛光的一步成型，无需经过粗抛、中抛、精抛三步抛光，工艺简单，稳定性好，且锑化镓单晶片抛光后表面质量高，无划痕和起雾的缺陷，表面粗糙度低，可达到粗糙度值Ra小于0.15nm。

Description

一种锑化镓单晶片的抛光方法
技术领域
本发明属于半导体材料的表面加工技术领域，具体涉及一种锑化镓单晶片的抛光方法。
背景技术
近些年来，以GaSb衬底材料外延锑化物II类超晶格材料研制的红外探测器在长波、甚长波红外波段表现出优异的探测性能，在气体监测、夜视、红外成像等领域有良好的应用前景。
外延生长高质量锑化物II类超晶格材料对GaSb衬底材料提出了高的质量要求，需要衬底材料具备低的缺陷密度，高的晶格完整性，原子级的平整度的外延缓冲层，这就对GaSb衬底的表面质量提出了很高的要求，其应用有赖于抛光技术的发展。
与III-V族半导体材料GaAs和InP相比，GaSb晶片的晶片表面化学性质活泼，极易被氧化，在空气中新鲜表面能迅速形成几个纳米的氧化层，Sb氧化物的钝化作用及其有限溶解性，GaSb的化学作用相当困难，同时GaSb晶片的硬度小、质地脆，易产生划痕，有必要开展深入的研究解决其加工技术难题。
为了提高锑化镓单晶衬底片的抛光效果，中国专利CN 102554750A提供了一种锑化镓双抛的办法，该方法通过一步抛光成型，但获得的表面粗糙度大0.1～0.2um，达不到外延的标准。中国专利CN106064326A提供了一种锑化镓单晶衬底片精抛的办法，主要通过粗抛，中抛，精抛三步工艺获得表面粗糙度小于0.3nm，其中，粗抛采用氧化铈抛光垫布，中抛采用黑色聚氨酯抛光布，精抛采用黑色合成革抛光布，整体抛光工艺复杂、操作步骤多，易引入表面缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种锑化镓单晶片的抛光方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种锑化镓单晶片的抛光方法，包括如下步骤：
1)对锑化镓单晶片进行双面磨削，去除锑化镓单晶片表面的损伤；
2)对步骤1)磨削后的锑化镓单晶片采用抛光布配合抛光液进行化学机械抛光；
3)对步骤2)化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行取片清洗。
进一步的，所述步骤1)中锑化镓单晶片磨削过程如下：用石英蜡将锑化镓单晶片均匀的粘贴在陶瓷载盘上并采用自然固化，然后通过磨削机使用2000～6000目砂轮，2000～5000转/分钟进行双面磨削，去除量控制20～80um，并使其平整度TTV值控制5～8um。
进一步的，所述步骤2)中抛光液包括按质量百分比计的如下组分：SiO2悬浮磨料1.2～6％，二氯异氰尿酸钠0.25～2％，碳酸氢钠0.25～10％，焦磷酸钠0.25～2％，苯磺酸钠0.25～2％，余量为去离子水。
进一步的，所述抛光液中SiO2悬浮磨料的粒径为50～100nm。
进一步的，所述步骤2)中抛光布采用黑色合成革材质，且抛光布绒长为150～350um，抛光布孔径为30～100um。
进一步的，所述步骤2)中抛光压力为200～400g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为20～50mL/min，抛光时间为40～60min。
进一步的，所述步骤2)化学机械抛光之前，采用石英蜡将磨削后的锑化镓单晶片均匀粘贴在玻璃载盘上并采用自然固化固定。
进一步的，所述步骤3)中先采用去离子水对化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行喷淋处理，然后进行后续的钝化和清洗工序。
本发明的有益效果：
本发明提供的这种锑化镓单晶片的抛光方法通过对抛光液的组分和含量，以及与之配合的抛光布进行选择优化，实现了锑化镓单晶片抛光的一步成型，无需经过粗抛、中抛、精抛三步抛光，工艺简单，稳定性好，且锑化镓单晶片抛光后表面质量高，无划痕和起雾的缺陷，表面粗糙度低，可达到粗糙度值Ra小于0.15nm。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明锑化镓单晶片抛光方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种锑化镓单晶片的抛光方法，包括如下步骤：
(1)对锑化镓单晶片进行双面磨削，去除锑化镓单晶片表面的损伤。
具体的，用石英蜡将锑化镓单晶片均匀的粘贴在陶瓷载盘上并采用自然固化，多余的石英蜡用酒精擦掉，然后通过磨削机使用2000～6000目砂轮，2000～5000转/分钟进行双面磨削，去除量控制20～80um，并使其平整度TTV值控制5～8um。
(2)对步骤(1)磨削后的锑化镓单晶片采用抛光布配合抛光液进行化学机械抛光。
具体的，采用石英蜡将磨削后的锑化镓单晶片均匀的粘贴在玻璃载盘上并采用自然固化，将多余的石英蜡用酒精擦掉。然后通过抛光液和抛光布对玻璃载盘上的锑化镓单晶片进行抛光，设定抛光压力为200～400g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为20～50mL/min，抛光时间为40～60min。
其中，抛光液包括按质量百分比计的如下组分：SiO2悬浮磨料1.2～6％，二氯异氰尿酸钠0.25～2％，碳酸氢钠0.25～10％，焦磷酸钠0.25～2％，苯磺酸钠0.25～2％，余量为去离子水，抛光液pH值在7～7.5；SiO2悬浮磨料的粒径为50～100nm。抛光布采用黑色合成革材质，抛光布绒长为150～350um，抛光布孔径为30～100um。
(3)对步骤(2)化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行取片清洗。
具体的，化学机械抛光后，将玻璃盘取下，迅速使用去离子水对玻璃盘进行喷淋，然后进行后续的钝化和清洗工序。
下面以2寸锑化镓晶片为例，通过具体实施例对锑化镓晶片抛光效果进行具体说明。
实施例1：
(1)去除锑化镓单晶片表面的损伤；用石英蜡将锑化镓单晶片均匀的粘贴在陶瓷载盘上并采用自然固化，将多余的石英蜡用酒精擦掉，然后通过磨削机使用6000目砂轮，4000转/分钟进行双面磨削，去除量控制40um。
(2)化学机械抛光：抛光布采用抛光布采用黑色合成革材质，抛光布绒长为225um，抛光布孔径为50～90um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠0.5％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为200g/cm2，抛光转速为60转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为50min。
(3)化学机械抛光后，迅速使用去离子水对锑化镓单晶片进行喷淋，然后进行后续的钝化和清洗工序。
(4)表面测试：采用白光干涉仪镜检对抛光后的锑化镓单晶片完成初步表面检验，并最终经原子力显微镜测试锑化镓单晶片表面质量，测试结果如表1所示。其中，原子力显微镜的扫描范围为10μm×10μm。
实施例2：
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光布绒长为350um，抛光布孔径为30～70um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠0.25％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为200g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为50min。
实施例3：
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光布绒长为225um，抛光布孔径为50～90um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠0.25％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为200g/cm2，抛光转速为70转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为50min。
实施例4：
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光布绒长为350um，抛光布孔径为30～70um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠0.5％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为200g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为50min。
实施例5：
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光布绒长为350um，抛光布孔径为30～70um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：50nm的SiO2悬浮磨料6％，二氯异氰尿酸钠2％，碳酸氢钠10％，焦磷酸钠2％，苯磺酸钠2％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为400g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为40min。
实施例6：
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光布绒长为350um，抛光布孔径为30～70um。
抛光液按质量百分比由如下组分混合制成：100nm的SiO2悬浮磨料6％，二氯异氰尿酸钠2％，碳酸氢钠10％，焦磷酸钠2％，苯磺酸钠2％，余量为去离子水。
抛光过程的工艺参数如下：抛光压力为300g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为30mL/min，抛光时间为40min。
表1：原子力显微镜检结果
抛光状态 粗糙度Ra
实施例1 无划痕、起雾 0.095nm
实施例2 无划痕、起雾 0.085nm
实施例3 无划痕、起雾 0.115nm
实施例4 无划痕、起雾 0.130nm
实施例5 无划痕、起雾 0.140nm
实施例6 无划痕、起雾 0.135nm
由表1可知，采用本发明的这种对锑化镓单晶片抛光的一步成型方法，锑化镓单晶片抛光后表面质量高，无划痕和起雾的缺陷，且表面粗糙度低，其表面粗糙度值Ra为0.085～0.140nm。
实施例7：
本实施例考察了不同抛光布对锑化镓单晶片抛光效果的影响，分别用试验组A、B、C、D四组进行抛光，抛光过程同实施例1；其中，A组为黑色合成革材质的抛光布，抛光布绒长为350um，孔径为30～70um；B组为黑色合成革材质的抛光布，抛光布绒长为390um，孔径为55～130um；C组为黑色合成革材质的抛光布，抛光布绒长为530um，孔径为80～240um；D组为黑色合成革材质的抛光布，抛光布绒长为650um，孔径为55～90um。A、B、C、D四组原子力显微镜测试锑化镓单晶片表面质量结果如表2所示。
表2：
抛光状态 粗糙度Ra
A组 无划痕、起雾 0.085nm
B组 稀疏浅划痕 0.208nm
C组 密集深划痕 0.288nm
D组 稀疏深划痕 0.270nm
由表2可知，抛光布的选择在CMP工艺中影响晶片表面质量，抛光布与抛光液配合的好坏对抛光质量有着决定性作用，抛光布表面有大量的纤维和微孔，在CMP工艺过程中，这些微孔可将抛光液和磨料运输到晶片表面，决定着抛光液是否和晶片表面充分接触，从而影响抛光质量；同时抛光布还起到带动磨料与晶片表面摩擦的作用，抛光布的合理选择对晶片起雾、划痕和平坦化性能具有很大的影响。
实施例8：
本实施例考察了抛光液组成对锑化镓单晶片抛光效果的影响，分别用试验组A、B、C、D四组不同抛光液进行抛光，抛光过程同实施例1；其中，A组为50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠1％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水；B组为50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠2％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水；C组为50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠3％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水；D组为为50nm的SiO2悬浮磨料1.2％，二氯异氰尿酸钠4％，碳酸氢钠2％，焦磷酸钠0.25％，苯磺酸钠0.25％，余量为去离子水。A、B、C、D四组原子力显微镜测试锑化镓单晶片表面质量结果如表3所示。
表3：
抛光状态 粗糙度Ra
A组 无划痕、起雾 0.125nm
B组 无划痕、起雾 0.130nm
C组 稀疏划痕 0.135nm
D组 密集划痕、起雾 0.382nm
由表3可知，抛光液中氧化剂含量的选择对晶片表面抛光质量影响较大，上述结果可知，当二氯异氰尿酸钠含量大于2％时，其晶片抛光表面易出现划痕、起雾等问题，且表面粗糙度明显增大。这是由于在CMP工艺中，氧化剂的作用是与晶片表面发生氧化反应，使晶片表面生成更易被去除的氧化物，氧化剂的浓度越高，化学作用越强，去除速率一定的情况下，抛光表面容易出现凹点、起雾等问题；同时由于化学作用和机械作用不匹配的问题导致晶片表面容易出现划痕。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锑化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对锑化镓单晶片进行双面磨削，去除锑化镓单晶片表面的损伤；其中，锑化镓单晶片磨削过程如下：用石英蜡将锑化镓单晶片均匀的粘贴在陶瓷载盘上并采用自然固化，然后通过磨削机使用2000～6000目砂轮，2000～5000转/分钟进行双面磨削，去除量控制20～80um，并使其平整度TTV值控制5～8um；
2)对步骤1)磨削后的锑化镓单晶片采用抛光布配合抛光液进行化学机械抛光；其中，抛光液包括按质量百分比计的如下组分：SiO2悬浮磨料1.2～6％，二氯异氰尿酸钠0.25～2％，碳酸氢钠0.25～10％，焦磷酸钠0.25～2％，苯磺酸钠0.25～2％，余量为去离子水；抛光布采用黑色合成革材质，且抛光布绒长为150～350um，抛光布孔径为30～100um；
3)对步骤2)化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行取片清洗。
2.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，所述抛光液中SiO2悬浮磨料的粒径为50～100nm。
3.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤2)中抛光压力为200～400g/cm2，抛光转速为40～100转/分钟，抛光液流量为20～50mL/min，抛光时间为40～60min。
4.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤2)化学机械抛光之前，采用石英蜡将磨削后的锑化镓单晶片均匀粘贴在玻璃载盘上并采用自然固化固定。
5.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，所述步骤3)中先采用去离子水对化学机械抛光后的锑化镓单晶片进行喷淋处理，然后进行后续的钝化和清洗工序。
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