CN114507478B - 一种砷化镓晶片加工用抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体领域，具体公开了一种砷化镓晶片加工用抛光液及其制备方法，该抛光液由包括以下重量份的原料制得：20‑40份硅溶胶、25‑40份二氯代异氰尿酸盐、15‑25份聚乙烯亚胺、10‑25份纳米二氧化铈和8‑18份气相二氧化硅；其制备方法包括以下步骤：将硅溶胶与气相二氧化硅混合，然后加入纳米二氧化铈，搅拌，加入二氯代异氰尿酸盐以及剩余原料，最后加入水，配制形成抛光液。本申请具有得到的抛光液稳定性更好、保质期更长的特点。

Description

一种砷化镓晶片加工用抛光液及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，它涉及一种砷化镓晶片加工用抛光液及其制备方法。

背景技术

砷化镓晶片是由纯砷和镓合成得到的砷化镓单晶材料经过切、磨、抛光和清洗等工序后制成。砷化镓是继单晶硅之后发展起来的第二代半导体材料，具有优异的物理化学特性，是国防军工、航空航天、节能环保等领域不可或缺的微电子和光电子基础材料，无论是用于制作集成电路还是功能器件，都要求砷化镓衬底具有极佳的平整度和超光滑表面，否则将直接降低产品性能。

而抛光工序是实现砷化镓晶片最终达到超高精度的表面要求的关键工序。目前，国内外普遍采用的砷化镓晶片的抛光工艺是化学机械抛光（CMP）工艺，CMP工艺是化学腐蚀作用和机械磨削作用协同效应的组合工艺，借助于机械磨削作用以及抛光液的化学腐蚀作用，在被抛光的介质表面上形成光洁平坦表面。

但是目前普遍使用的抛光液还有很多亟待解决的问题，其中一个是现有的抛光液大多都是现配现用，最多保质期也仅能达到24h，亟需提供一种具有较好稳定性、保质期更长的抛光液，在保证抛光效果的同时，还具有更长的保质期，从而改善目前抛光液现配现用的情况。

发明内容

为了得到具有更好稳定性、保质期更长的抛光液，在保障抛光效果的同时，还可以进一步提高抛光液的保质期，本申请提供一种砷化镓晶片加工用抛光液及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种砷化镓晶片加工用抛光液采用如下的技术方案：

一种砷化镓晶片加工用抛光液，由包括以下重量份的原料制得：

20-40份硅溶胶、25-40份二氯代异氰尿酸盐、15-25份聚乙烯亚胺、10-25份纳米二氧化铈和8-18份气相二氧化硅。

通过采用上述技术方案，本申请中采用硅溶胶和纳米二氧化铈共同作为磨料粒子，起到机械研磨作用，而二氯代异氰尿酸盐作为氧化物质起到化学腐蚀作用，与晶片作用，然后再配合磨料粒子通过机械作用去除发生化学反应表面，从而起到抛光作用，本申请中聚乙烯亚胺的添加，可能是由于聚乙烯亚胺溶于水，与硅溶胶具有良好的互溶性能，而聚乙烯亚胺具有一定的吸水性，尤其是潮湿条件下吸湿性能明显，而硅胶与水又可以形成氢键，发现添加有聚乙烯亚胺后不仅聚乙烯亚胺不会形成凝胶，而且硅溶胶也不容易形成凝胶，再配合气相二氧化硅具有一定的触变性能，在不受力状态下呈粘稠状态，而受剪切力作用下又具有较大的流动相。最终本申请中添加有聚乙烯亚胺与气相二氧化硅配制得到的抛光液，不仅克服了硅溶胶易结晶凝胶，而且该抛光液为碱性抛光液，对于晶片具有优异的抛光效果，而气相二氧化硅又可以起到对抛光液保存过程中进行一定封存作用，而在抛光工序受力作用下又可以恢复抛光液的流动性能，最终得到稳定性更好的抛光液，抛光液不仅具有更长的保质期而且还具有良好的抛光效果。

可选的，该抛光液还包括15-25重量份石墨烯-氧化石墨烯混合物，所述石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1：（3-5）。

通过采用上述技术方案，石墨烯具有较高的硬度，本申请中添加有特定比例的石墨烯-氧化石墨烯的混合物，可以协同硅溶胶等作为磨料粒子，同时，氧化石墨烯具有含氧官能团，可能是由于贮存时聚乙烯亚胺与含有含氧官能团的氧化石墨烯之间相互作用，可以进一步防止聚乙烯亚胺和硅溶胶的凝胶现象，而抛光时在机械作用下两者断链，发挥作用，进一步提高抛光液的保存稳定性和抛光效果。

可选的，所述抛光液还包括0.5-2.5重量份羟乙基纤维素。

通过采用上述技术方案，羟乙基纤维素的添加可以起到一定的防沉降作用，同时还不会造成体系的粘稠度更大，影响后续抛光作业。

可选的，该抛光液还包括5-15重量份三聚磷酸盐或磺酸盐。

可选的，所述抛光液还包括5-15重量份三聚磷酸盐与磺酸盐的混合物，且三聚磷酸盐与磺酸盐的质量比为（2-3）：1。

通过采用上述技术方案，三聚磷酸盐可以起到一定的分散作用，而且可以进一步提高对于晶片的抛光效果。

可选的，该抛光液还包括pH调节剂，所述抛光液的pH值为8-11。

通过采用上述技术方案，本申请中聚乙烯亚胺自身可以调节抛光液的pH值为碱性，再配合pH调节剂，使得最终抛光液处于8-11碱性的时候，其稳定效果更好的同时抛光效果更好，而且本申请中的pH调节剂选用本领域常用的碳酸钠即可。

可选的，所述磺酸盐选用1,3-苯二磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐以及己烷基磺酸盐中的一种或多种。

第二方面，本申请提供的一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法采用如下的技术方案：

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，包括以下步骤：

将硅溶胶与气相二氧化硅混合，然后加入纳米二氧化铈，搅拌，加入二氯代异氰尿酸盐以及剩余原料，最后加入水，配制形成抛光液。

通过采用上述技术方案，制备方法简单方便，易于实现产业化。

可选的，所述抛光液的质量浓度为2-3.5%。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中添加有聚乙烯亚胺与气相二氧化硅配制得到的抛光液，不仅克服了硅溶胶易结晶凝胶的缺陷，而且该抛光液为碱性抛光液，对于晶片具有优异的抛光效果，此外气相二氧化硅又可以起到对抛光液保存过程中进行封存的作用，且在抛光工序受力作用下又可以恢复抛光液的流动性能，最终得到稳定性更好的抛光液，即，抛光液不仅具有更长的保质期而且还具有良好的抛光效果；

2、本申请中添加有特定比例的石墨烯-氧化石墨烯的混合物，可以协同硅溶胶等作为磨料粒子，同时，氧化石墨烯具有含氧官能团，可能是由于贮存时聚乙烯亚胺与含有含氧官能团的氧化石墨烯之间相互作用，可以进一步防止聚乙烯亚胺和硅溶胶的凝胶现象，而抛光时在机械作用下两者断链，发挥作用，进一步提高抛光液的保存稳定性和抛光效果；

3、本申请中羟乙基纤维素的添加可以起到一定的防沉降作用，同时还不会造成体系的粘稠度更大，影响后续抛光作业。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

以下实施例中纳米二氧化铈的粒径为20-40nm；

硅溶胶选用二氧化硅含量为25%-35%的硅溶胶。

本申请中制得抛光液为碱性抛光液，抛光液的pH值为8-11。

以下实施例中抛光液质量浓度2-3.5%中的质量浓度是以硅溶胶以及除水外其余原料为溶质算。

实施例1

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，包括以下步骤：

将20g硅溶胶与8g气相二氧化硅混合，然后加入10g纳米二氧化铈，搅拌，加入25g二氯代异氰尿酸盐以及15g聚乙烯亚胺，最后加入水，配制形成质量浓度为2%的抛光液，且调节抛光液的pH值为8。

实施例2

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，包括以下步骤：

将30g硅溶胶与15g气相二氧化硅混合，然后加入20g纳米二氧化铈，搅拌，加入30g二氯代异氰尿酸盐以及20g聚乙烯亚胺，最后加入水，配制形成质量浓度为3%的抛光液，且调节抛光液的pH值为9。

实施例3

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，包括以下步骤：

将40g硅溶胶与18g气相二氧化硅混合，然后加入25g纳米二氧化铈，搅拌，加入40g二氯代异氰尿酸盐以及25g聚乙烯亚胺，最后加入水，配制形成质量浓度为3.5%的抛光液，且调节抛光液的pH值为11。

实施例4

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有3.3g三聚磷酸盐和1.7g磺酸盐，磺酸盐为苯磺酸钠，三聚磷酸盐为三聚磷酸钠。

实施例5

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有7g三聚磷酸盐和3g磺酸盐，磺酸盐为1,3-苯二磺酸钠，三聚磷酸盐为三聚磷酸钠。

实施例6

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有11.2g三聚磷酸盐和3.8g磺酸盐，磺酸盐选用萘磺酸钠，三聚磷酸盐为三聚磷酸钠。

实施例7

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有15g石墨烯-氧化石墨烯混合物，石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1:3。

实施例8

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有20g石墨烯-氧化石墨烯混合物，石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1:4。

实施例9

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有25g石墨烯-氧化石墨烯混合物，石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1:5。

实施例10

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，加入石墨烯-氧化石墨烯混合物的同时还添加有0.5g羟乙基纤维素。

实施例11

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，加入石墨烯-氧化石墨烯混合物的同时还添加有1.5g羟乙基纤维素。

实施例12

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，加入石墨烯-氧化石墨烯混合物的同时还添加有2.5g的羟乙基纤维素。

实施例13

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，将石墨烯-氧化石墨烯混合物等量替换为石墨烯。

实施例14

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，将石墨烯-氧化石墨烯混合物等量替换为氧化石墨烯。

实施例15

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于，加入聚乙烯亚胺后还添加有14g三聚磷酸盐和6g磺酸盐。

对比例

对比例1

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加聚乙烯亚胺和气相二氧化硅。

对比例2

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，将气相二氧化硅等量替换为聚乙烯亚胺。

对比例3

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，聚乙烯亚胺等量替换为三乙醇胺。

对比例4

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，将聚乙烯亚胺等量替换为气相二氧化硅。

对比例5

一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，气相二氧化硅等量替换为沉淀二氧化硅。

性能检测

将按照本申请实施例和对比例中现配制得的抛光液用于砷化镓晶片的抛光，抛光条件：单面抛光机；被抛光的砷化镓晶片：6英寸砷化镓晶片；被抛光的砷化镓晶片数：5片；抛光垫：无纺布抛光垫；抛光时间：5min；抛光液流速为200ml/片/min；抛光过程中晶片单位面积压力为0.15kg/cm²。

抛光后，对抛光砷化镓晶片进行洗涤和干燥，然后对砷化镓晶片的表面粗糙度Ra进行检测，检测结果如下表1所示。

表1：

通过上表1可以看出，采用本申请中提供的方法对砷化镓进行抛光，抛光后砷化镓晶片表面粗糙度Ra为0.1-0.4nm，且制得晶片的厚度为500-1000微米，满足产品要求。

为了考量本申请中制得抛光液的稳定性，将本申请实施例和对比例中制得的抛光液分别放置30h、48h后再按照上述方法进行抛光处理，对抛光后的粗糙度分别进行检测，检测结果如下表2所示：

表2：

参照上表2中的检测结果，可以看出，采用本申请实施例提供的方法得到抛光液放置30h后抛光效果仍然较好，可以满足要求。

参照实施例1-3的检测结果，可以看出，添加有聚乙烯亚胺与气相二氧化硅的时候其抛光液放置30h后的抛光效果较好，再参照实施例2与实施例7-9的检测结果，可以看出来，原料体系中添加有石墨烯-氧化石墨烯混合物的时候，其30h抛光效果与配置后使用抛光效果差距较小，其放置稳定性更好，再结合实施例10-12的检测结果，可以看出，添加有羟乙基纤维素的时候，其40h和48h的抛光效果与配置后使用抛光效果差距小，进一步提高其放置稳定性；再参照实施例13和实施例14的检测结果，可以看出，将石墨烯-氧化石墨烯等量替换为单一添加石墨烯或氧化石墨烯的时候，其稳定性有所降低，尤其是48h稳定性有所降低，再参照实施例15的检测结果，可以看出，三聚磷酸盐和磺酸盐添加量过多的时候，抛光液稳定性有所降低。

对比例1中未添加聚乙烯亚胺与气相二氧化硅的时候，其放置30h后抛光得到的砷化镓晶片表面粗糙度已无法达到要求，对比例2中未添加气相二氧化硅，仅添加有聚乙烯亚胺的时候，其抛光效果还是较差，无法达到要求，抛光液还是有所失效；对比例3中将聚乙烯亚胺等量替换为三乙醇胺的时候，可以看到其抛光效果更差；对比例4中未添加聚乙烯亚胺，仅添加有气相二氧化硅，可以看到，其放置30h后抛光效果相较于对比例1有所改善，但是还是较差，而对比例5中将气相二氧化硅等量替换为沉淀二氧化硅的时候，可以看到其抛光效果差。

另外，对本申请实施例中制得的砷化镓晶体还采用TXRF进行晶片表面Cu元素的测量，其表面Cu离子不高于2.0×10¹¹ 原子/cm² 。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种砷化镓晶片加工用抛光液，其特征在于，由包括以下重量份的原料制得：

20-40份硅溶胶、25-40份二氯代异氰尿酸盐、15-25份聚乙烯亚胺、10-25份纳米二氧化铈和8-18份气相二氧化硅；

该抛光液还包括15-25重量份石墨烯-氧化石墨烯混合物，所述石墨烯与氧化石墨烯的质量比为1：（3-5）；

所述抛光液还包括0.5-2.5重量份羟乙基纤维素。

2.根据权利要求1所述的一种砷化镓晶片加工用抛光液，其特征在于：该抛光液还包括5-15重量份三聚磷酸盐或磺酸盐。

3.根据权利要求1所述的一种砷化镓晶片加工用抛光液，其特征在于：所述抛光液还包括5-15重量份三聚磷酸盐与磺酸盐的混合物，且三聚磷酸盐与磺酸盐的质量比为（2-3）：1。

4.根据权利要求1所述的一种砷化镓晶片加工用抛光液，其特征在于：该抛光液还包括pH调节剂，所述抛光液的pH值为8-11。

5.根据权利要求3所述的一种砷化镓晶片加工用抛光液，其特征在于：所述磺酸盐选用1,3-苯二磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐以及己烷基磺酸盐中的一种或多种。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将硅溶胶与气相二氧化硅混合，然后加入纳米二氧化铈，搅拌，加入二氯代异氰尿酸盐以及剩余原料，最后加入水，配制形成抛光液。

7.根据权利要求6所述的一种砷化镓晶片加工用抛光液的制备方法，其特征在于：所述抛光液的质量浓度为2-3.5%。